HPMC/HPS Kompleksinin Reolojisi ve Uyumluluğu

Reoloji ve UyumlulukHPMC/HPSKarmaşık

Anahtar kelimeler: hidroksipropil metilselüloz; hidroksipropil nişastası; reolojik özellikler; uyumluluk; kimyasal modifikasyon.

Hidroksipropil metilselüloz (HPMC), yenilebilir filmlerin hazırlanmasında yaygın olarak kullanılan bir polisakarit polimeridir. Gıda ve ilaç alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Film iyi şeffaflığa, mekanik özelliklere ve yağ bariyeri özelliklerine sahiptir. Bununla birlikte, HPMC termal olarak indüklenen bir jeldir ve bu da düşük sıcaklıkta zayıf işleme performansına ve yüksek üretim enerji tüketimine yol açar; ayrıca pahalı hammadde fiyatı, ilaç alanı da dahil olmak üzere geniş uygulamasını sınırlamaktadır. Hidroksipropil nişasta (HPS), gıda ve ilaç alanında yaygın olarak kullanılan yenilebilir bir malzemedir. Çok çeşitli kaynaklara ve düşük fiyata sahiptir. HPMC'nin maliyetini düşürmek için ideal bir malzemedir. Ayrıca HPS'nin soğuk jel özellikleri, HPMC'nin viskozitesini ve diğer reolojik özelliklerini dengeleyebilir. Düşük sıcaklıkta işleme performansını artırmak için. Ek olarak, HPS yenilebilir film mükemmel oksijen bariyeri özelliklerine sahiptir, dolayısıyla HPMC yenilebilir filmin oksijen bariyeri özelliklerini önemli ölçüde geliştirebilir.

Bileşim için HPMC'ye HPS eklendi ve HPMC/HPS soğuk ve sıcak ters fazlı jel bileşik sistemi oluşturuldu. Özelliklerin etki kanunu tartışıldı, çözeltide HPS ve HPMC arasındaki etkileşim mekanizması, bileşik sistemin uyumluluğu ve faz geçişi tartışıldı ve bileşik sistemin reolojik özellikleri ile yapısı arasındaki ilişki kuruldu. Sonuçlar, bileşik sisteminin kritik bir konsantrasyona (%8) sahip olduğunu, kritik konsantrasyonun altında HPMC ve HPS'nin bağımsız moleküler zincirlerde ve faz bölgelerinde mevcut olduğunu gösterir; Kritik konsantrasyonun üzerinde, çözeltide jel merkezi olarak HPS fazı oluşur. HPMC moleküler zincirlerinin iç içe geçmesiyle bağlanan mikrojel yapısı, polimer eriyiğine benzer bir davranış sergiler. Bileşik sisteminin reolojik özellikleri ve bileşik oranı, logaritmik toplam kuralına uygundur ve belirli bir derecede pozitif ve negatif sapma gösterir, bu da iki bileşenin iyi bir uyumluluğa sahip olduğunu gösterir. Bileşik sistemi, düşük sıcaklıkta sürekli faz-dağılımlı faz “deniz-ada” yapısıdır ve HPMC/HPS bileşik oranının azalmasıyla sürekli faz geçişi 4:6 oranında gerçekleşir.

Gıda ambalajlarının önemli bir bileşeni olan gıda ambalajları, gıdanın dolaşım ve depolama sürecinde dış etkenlerden zarar görmesini ve kirlenmesini önleyerek gıdanın raf ömrünü ve saklama süresini uzatabilir. Güvenli ve yenilebilir ve hatta belirli bir besin değeri olan yeni bir gıda ambalaj malzemesi türü olarak yenilebilir film, gıda ambalajlama ve muhafaza, fast food ve farmasötik kapsüllerde geniş uygulama olanaklarına sahiptir ve mevcut gıda endüstrisinde bir araştırma merkezi haline gelmiştir. Ambalajla ilgili alanlar.

HPMC/HPS kompozit membran döküm yöntemiyle hazırlandı. Kompozit sistemin uyumluluğu ve faz ayrımı taramalı elektron mikroskobu, dinamik termomekanik özellik analizi ve termogravimetrik analiz ile daha da araştırıldı ve kompozit membranın mekanik özellikleri incelendi. ve oksijen geçirgenliği ve diğer membran özellikleri. Sonuçlar, tüm kompozit filmlerin SEM görüntülerinde belirgin bir iki fazlı arayüzün bulunmadığını, kompozit filmlerin çoğunun DMA sonuçlarında yalnızca bir cam geçiş noktasının bulunduğunu ve DTG eğrilerinde yalnızca bir termal bozunma zirvesinin göründüğünü göstermektedir. kompozit filmlerin çoğunun HPMC'nin HPS ile belirli bir uyumluluğu vardır. HPMC'ye HPS'nin eklenmesi, kompozit membranın oksijen bariyeri özelliklerini önemli ölçüde artırır. Kompozit membranın mekanik özellikleri, bileşim oranına ve ortamın bağıl nemine göre büyük ölçüde değişir ve farklı uygulama gereksinimleri için ürün optimizasyonu için referans sağlayabilecek bir geçiş noktası sunar.

HPMC/HPS bileşik sisteminin mikroskobik morfolojisi, faz dağılımı, faz geçişi ve diğer mikro yapıları basit iyot boyama optik mikroskop analizi ile incelendi ve bileşik sistemin şeffaflığı ve mekanik özellikleri ultraviyole spektrofotometre ve mekanik özellik test cihazı ile incelenmiştir. HPMC/HPS bileşik sisteminin mikroskobik morfolojik yapısı ile makroskopik kapsamlı performansı arasındaki ilişki kurulmuştur. Sonuçlar, iyi uyumluluğa sahip bileşik sistemde çok sayıda mezofazın mevcut olduğunu göstermektedir. Bileşik sisteminde bir faz geçiş noktası vardır ve bu faz geçiş noktasının belirli bir bileşik oranı ve çözelti konsantrasyonu bağımlılığı vardır. Bileşik sisteminin en düşük şeffaflık noktası, HPMC'nin sürekli fazdan dağılmış faza faz geçiş noktası ve minimum çekme modülü noktası ile tutarlıdır. Young modülü ve kopma uzaması, HPMC'nin sürekli fazdan dağılmış faza geçişi ile nedensel bir ilişkiye sahip olan çözelti konsantrasyonunun artmasıyla azaldı.

HPS'nin kimyasal modifikasyonunun, HPMC/HPS soğuk ve sıcak ters fazlı jel bileşik sisteminin reolojik özellikleri ve jel özellikleri üzerindeki etkisini incelemek için bir reometre kullanıldı. Kapasiteler ve faz geçişleri incelendi ve mikro yapı ile reolojik ve jel özellikleri arasındaki ilişki kuruldu. Araştırma sonuçları, HPS'nin hidroksipropilasyonunun düşük sıcaklıkta bileşik sisteminin viskozitesini azaltabildiğini, bileşik çözeltisinin akışkanlığını geliştirebildiğini ve kayma incelmesi olgusunu azaltabildiğini göstermektedir; HPS'nin hidroksipropilasyonu bileşik sisteminin doğrusal viskozitesini daraltabilir. Elastik bölgede, HPMC/HPS bileşik sisteminin faz geçiş sıcaklığı azaltılır ve bileşik sistemin düşük sıcaklıkta katı benzeri davranışı ve yüksek sıcaklıkta akışkanlığı iyileştirilir. HPMC ve HPS sırasıyla düşük ve yüksek sıcaklıklarda sürekli fazlar oluşturur ve dağılmış fazlar, yüksek ve düşük sıcaklıklarda kompozit sistemin reolojik özelliklerini ve jel özelliklerini belirler. Bileşik sistemin viskozite eğrisindeki ani değişim ve kayıp faktörü eğrisindeki tan delta zirvesi 45 °C'de görünür; bu, 45 °C'de iyot lekeli mikrograflarda gözlemlenen eş-sürekli faz fenomenini yansıtır.

HPS'nin kimyasal modifikasyonunun kompozit filmin kristal yapısı ve mikro-bölünmüş yapısı üzerindeki etkisi, sinkrotron radyasyonu küçük açılı X-ışını saçılma teknolojisi ile incelendi ve kompozit filmin mekanik özellikleri, oksijen bariyeri özellikleri ve termal stabilitesi araştırıldı. Bileşik bileşenlerin kimyasal yapı değişikliklerinin bileşik sistemlerin mikroyapısı ve makroskobik özellikleri üzerindeki etkisini sistematik olarak inceledi. Sinkrotron radyasyonunun sonuçları, HPS'nin hidroksipropilasyonunun ve iki bileşenin uyumluluğunun iyileştirilmesinin, membrandaki nişastanın yeniden kristalleşmesini önemli ölçüde engelleyebileceğini ve kompozit membranda daha gevşek, kendine benzer bir yapının oluşumunu destekleyebileceğini gösterdi. HPMC/HPS kompozit membranın mekanik özellikleri, termal kararlılığı ve oksijen geçirgenliği gibi makroskopik özellikleri, iç kristal yapısı ve amorf bölge yapısıyla yakından ilişkilidir. İki etkinin birleşik etkisi.

Birinci Bölüm Giriş

Gıda ürünlerinin önemli bir bileşeni olan gıda ambalaj malzemeleri, gıdayı dolaşım ve depolama sırasındaki fiziksel, kimyasal ve biyolojik hasarlardan ve kirlilikten koruyabilir, gıdanın kalitesini koruyabilir, gıda tüketimini kolaylaştırabilir ve gıdayı güvence altına alabilir. Uzun süreli depolama ve muhafaza, gıdaya görünüm kazandırarak tüketimi cezbeder ve malzeme maliyetinin ötesinde değer elde eder [1-4]. Güvenli ve yenilebilir ve hatta belirli bir besin değeri olan yeni bir gıda ambalaj malzemesi türü olarak yenilebilir film, gıda ambalajlama ve muhafaza, fast food ve farmasötik kapsüllerde geniş uygulama olanaklarına sahiptir ve mevcut gıda endüstrisinde bir araştırma merkezi haline gelmiştir. Ambalajla ilgili alanlar.

Yenilebilir filmler, genellikle doğal yenilebilir polimerlerin işlenmesiyle elde edilen, gözenekli ağ yapısına sahip filmlerdir. Doğada bulunan pek çok doğal polimer jel özelliğine sahiptir ve bazı doğal polisakkaritler, proteinler, lipitler gibi sulu çözeltileri belirli koşullar altında hidrojel oluşturabilmektedir. Nişasta ve selüloz gibi doğal yapısal polisakkaritler, uzun zincirli sarmalların özel moleküler yapıları ve kararlı kimyasal özellikleri nedeniyle, uzun vadeli ve çeşitli depolama ortamları için uygun olabilir ve yenilebilir film oluşturucu malzemeler olarak geniş çapta araştırılmıştır. Tek bir polisakaritten yapılan yenilebilir filmlerin performansı genellikle belirli sınırlamalara sahiptir. Bu nedenle tek polisakkaritli yenilebilir filmlerin sınırlamalarını ortadan kaldırmak, özel özellikler elde etmek veya yeni işlevler geliştirmek, ürün fiyatlarını düşürmek ve uygulamalarını genişletmek amacıyla genellikle iki tür polisakkarit kullanılır. Veya yukarıdaki doğal polisakkaritler, tamamlayıcı özelliklerin etkisini elde etmek için birleştirilir. Bununla birlikte, farklı polimerler arasındaki moleküler yapı farkından dolayı belirli bir konformasyonel entropi vardır ve çoğu polimer kompleksi kısmen uyumlu veya uyumsuzdur. Faz morfolojisi ve polimer kompleksinin uyumluluğu kompozit malzemenin özelliklerini belirleyecektir. İşleme sırasındaki deformasyon ve akış geçmişi yapı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu nedenle polimer kompleks sisteminin reolojik özellikleri gibi makroskopik özellikleri incelenmektedir. Faz morfolojisi ve uyumluluk gibi mikroskobik morfolojik yapılar arasındaki karşılıklı ilişki, kompozit malzemelerin performansını, analizini ve modifikasyonunu, işleme teknolojisini, formül tasarımını ve işleme makine tasarımını yönlendirmek ve üretimi değerlendirmek için önemlidir. Ürünün işleme performansı ve yeni polimer malzemelerin geliştirilmesi ve uygulanması büyük önem taşımaktadır.

Bu bölümde yenilebilir film malzemelerinin araştırma durumu ve uygulama süreci ayrıntılı olarak incelenmekte; doğal hidrojellerin araştırma durumu; polimer bileşiğinin amacı ve yöntemi ve polisakkarit bileşiğinin araştırma süreci; bileşim sisteminin reolojik araştırma yöntemi; Soğuk ve sıcak ters jel sisteminin reolojik özellikleri ve model yapısının yanı sıra bu makale içeriğinin araştırmanın önemi, araştırma amacı ve araştırması analiz edilmiş ve tartışılmıştır.

1.1 Yenilebilir film

Yenilebilir film, doğal yenilebilir maddelere (yapısal polisakkaritler, lipitler, proteinler gibi) dayalı plastikleştiricilerin ve çapraz bağlama maddelerinin farklı moleküller arası etkileşimler yoluyla, bileşik oluşturma, ısıtma, kaplama, kurutma vb. yoluyla eklenmesini ifade eder. Gözenekli ağ yapısına sahip film Tedaviyle oluşturulan yapı. Gıdanın duyusal kalitesini ve iç yapısını iyileştirmek ve gıda ürünlerinin depolama süresini veya raf ömrünü uzatmak için gaza, neme, içeriklere ve harici zararlı maddelere karşı seçilebilir bariyer özellikleri gibi çeşitli işlevler sağlayabilir.

1.1.1 Yenilebilir Filmlerin Gelişim Tarihi

Yenilebilir filmin gelişimi 12. ve 13. yüzyıllara kadar uzanmaktadır. O zamanlar Çinliler, narenciye ve limonları kaplamak için basit bir cilalama yöntemi kullandılar; bu yöntem, meyve ve sebzelerdeki su kaybını etkili bir şekilde azalttı, böylece meyve ve sebzeler orijinal parlaklığını korudu ve böylece meyve ve sebzelerin raf ömrü uzatıldı. ancak meyve ve sebzelerin aerobik solunumunu aşırı derecede engelleyerek meyve fermentatif bozulmasına neden olur. 15. yüzyılda Asyalılar soya sütünden yenilebilir film yapmaya başlamış ve bunu gıdaları korumak ve gıdaların görünümünü arttırmak için kullanmışlardır [20]. 16. yüzyılda İngilizler gıdanın nem kaybını azaltmak amacıyla gıda yüzeylerini kaplamak için yağ kullandılar. Sakkaroz ilk olarak 19. yüzyılda kabuklu yemişler, bademler ve fındıkların üzerinde depolama sırasında oksidasyonu ve ekşimeyi önlemek için yenilebilir bir kaplama olarak kullanıldı. 1830'larda elma ve armut gibi meyveler için ticari sıcakta eriyen parafin filmleri ortaya çıktı. 19. yüzyılın sonlarında Jelatin filmler gıda muhafazası amacıyla et ürünleri ve diğer gıdaların yüzeyine püskürtülmektedir. 1950'lerin başında, taze meyve ve sebzelerin kaplanması ve korunması için karnauba mumu vb., su içinde yağ emülsiyonları haline getirildi. 1950'li yılların sonlarında et ürünlerine uygulanan yenilebilir filmler üzerine araştırmalar gelişmeye başlamış olup, bunun en kapsamlı ve başarılı örneği hayvan ince bağırsaklarından kılıflara işlenen lavman ürünleridir.

1950'li yıllardan bu yana yenilebilir film kavramının ancak gerçek anlamda önerildiği söylenebilir. O zamandan beri birçok araştırmacı yenilebilir filmlere güçlü bir ilgi duymaya başladı. 1991 yılında Nisperes, muz ve diğer meyvelerin kaplanması ve korunmasına karboksimetil selüloz (CMC) uyguladı, meyve solunumu azaldı ve klorofil kaybı gecikti. Park ve ark. 1994 yılında zein protein filminin O2 ve CO2'ye karşı etkili bariyer özelliklerini rapor ederek domateslerin su kaybını, solmasını ve renk solmasını iyileştirdiğini bildirdi. 1995 yılında Lourdin, nişastayı işlemek için seyreltik alkali çözelti kullandı ve tazelik sağlamak için çilekleri kaplamak için gliserin ekledi; bu, çileklerin su kaybı oranını azalttı ve bozulmayı geciktirdi. Baberjee, 1996 yılında film oluşturucu sıvının mikro sıvılaştırılması ve ultrasonik işlemiyle yenilebilir film özelliklerini iyileştirdi, böylece film oluşturucu sıvının parçacık boyutu önemli ölçüde azaltıldı ve emülsiyonun homojen stabilitesi iyileştirildi. 1998'de Padegett ve ark. soya fasulyesi proteini yenilebilir filmine lizozim veya nisin ekledi ve bunu gıdayı sarmak için kullandı ve gıdadaki laktik asit bakterilerinin büyümesinin etkili bir şekilde engellendiğini buldu [30]. 1999'da Yin Qinghong ve ark. elma ve diğer meyvelerin korunması ve depolanması için solunumu engelleyebilen, büzülmeyi ve kilo kaybını önleyebilen ve mikrobiyal istilayı önleyebilen bir film kaplama maddesi yapmak için balmumu kullandı.

For many years, corn-baking beakers for ice cream packaging, glutinous rice paper for candy packaging, and tofu skins for meat dishes are typical edible packaging. Ancak 1967'de yenilebilir filmlerin ticari uygulamaları neredeyse yoktu ve mumla kaplanmış meyvelerin korunması bile çok sınırlı ticari kullanıma sahipti. 1986 yılına kadar birkaç şirket yenilebilir film ürünleri sağlamaya başladı ve 1996 yılına gelindiğinde yenilebilir film şirketlerinin sayısı 600'ün üzerine çıktı. Şu anda, gıda ambalajlarının korunmasında yenilebilir film uygulaması giderek artıyor ve bu alanda bir başarı elde edildi. yıllık geliri 100 milyon ABD Dolarından fazla.

1.1.2 Yenilebilir filmlerin özellikleri ve türleri

According to relevant research, edible film has the following outstanding advantages: edible film can prevent the decline and deterioration of food quality caused by the mutual migration of different food substances; bazı yenilebilir film bileşenlerinin kendileri özel besin değerine ve Sağlık bakımı işlevine sahiptir; yenilebilir film, CO2, O2 ve diğer gazlara karşı isteğe bağlı bariyer özelliklerine sahiptir; yenilebilir film mikrodalga, fırınlama, kızarmış yiyecek ve ilaç filmi ve kaplama için kullanılabilir; yenilebilir film antioksidanlar, koruyucular ve diğer taşıyıcılar olarak kullanılabilir, böylece gıdanın raf ömrü uzatılabilir; edible film can be used as a carrier for colorants and nutritional fortifiers, etc., to improve food quality and improve food sensory properties; yenilebilir film güvenli ve yenilebilirdir ve yiyeceklerle birlikte tüketilebilir; Edible packaging films can be used for the packaging of small quantities or units of food, and form multi-layer composite packaging with traditional packaging materials, which improves the overall barrier performance of packaging materials .

The reason why edible packaging films have the above functional properties is mainly based on the formation of a certain three-dimensional network structure inside them, thus showing certain strength and barrier properties . The functional properties of the edible packaging film are significantly affected by the properties of its components, and the degree of internal polymer crosslinking, the uniformity and density of the network structure are also affected by different film-forming processes. Performansta bariz farklılıklar vardır [15, 35]. Edible films also have some other properties such as solubility, color, transparency, etc. Suitable edible film packaging materials can be selected according to the different use environments and the differences in the product objects to be packaged.

Yenilebilir filmin şekillendirme yöntemine göre film ve kaplamalara ayrılabilir: (1) Önceden hazırlanmış bağımsız filmlere genellikle film denir. (2) Gıda yüzeyinde kaplama, daldırma ve püskürtme yoluyla oluşturulan ince tabakaya kaplama denir. Filmler çoğunlukla ayrı ayrı paketlenmesi gereken farklı içeriklere sahip gıdalar (hazır gıdalardaki baharat paketleri ve yağ paketleri gibi), aynı içeriğe sahip ancak ayrı olarak paketlenmesi gereken gıdalar (küçük paketler kahve, süt tozu, vb.) için kullanılır. vb.) ve ilaçlar veya sağlık bakım ürünleri. Kapsül malzemesi; Kaplama esas olarak meyve ve sebzeler, et ürünleri gibi taze gıdaların korunması, ilaçların kaplanması ve kontrollü salım sağlayan mikrokapsüllerin montajı için kullanılır.

Yenilebilir ambalaj filminin film oluşturucu malzemelerine göre ayrılabilir: polisakkarit yenilebilir film, protein yenilebilir film, lipid yenilebilir film, mikrobiyal yenilebilir film ve kompozit yenilebilir film.

1.1.3 Yenilebilir filmin uygulanması

Güvenli ve yenilebilir ve hatta belirli bir besin değeri olan yeni bir gıda ambalaj malzemesi türü olan yenilebilir film, gıda ambalaj endüstrisinde, farmasötik alanda, meyve ve sebzelerin depolanması ve korunmasında, işlenmesinde ve korunmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. et ve su ürünleri üretimi, fast food üretimi ve yağ üretimi. Kızarmış pişmiş şekerler gibi gıdaların korunmasında geniş uygulama olanaklarına sahiptir.

1.1.3.1 Gıda ambalajında ​​uygulama

Film oluşturucu çözelti, ambalaj kaybını etkili bir şekilde azaltabilen ve ambalaj katmanlarının sayısını azaltabilen nem, oksijen ve aromatik maddelerin nüfuzunu önlemek için püskürtme, fırçalama, daldırma vb. yoluyla paketlenecek gıdanın üzerine kaplanır. ; gıdanın dış katmanını önemli ölçüde azaltır Plastik ambalaj bileşenlerinin karmaşıklığı, geri dönüşümünü ve işlenmesini kolaylaştırır ve çevre kirliliğini azaltır; farklı bileşenler arasındaki karşılıklı göçü azaltmak ve böylece çevre kirliliğini azaltmak için çok bileşenli kompleks gıdaların bazı bileşenlerinin ayrı ayrı paketlenmesine uygulanır. Gıdanın bozulmasını veya gıda kalitesinin düşmesini azaltın. Yenilebilir film, gıda ambalajı için doğrudan ambalaj kağıdına veya ambalaj poşetlerine işlenir; bu, yalnızca güvenlik, temizlik ve rahatlık sağlamakla kalmaz, aynı zamanda beyaz kirliliğin çevre üzerindeki baskısını da azaltır.

Ana hammadde olarak mısır, soya fasulyesi ve buğday kullanılarak kağıt benzeri tahıl filmleri hazırlanıp sosis ve diğer gıdaların paketlenmesinde kullanılabilir. Kullanımdan sonra doğal ortama atılsalar bile biyolojik olarak parçalanabilirler ve toprağı iyileştirmek için toprak gübresine dönüştürülebilirler. . Ana malzemeler olarak nişasta, kitosan ve fasulye artıkları kullanılarak, kullanışlı, güvenli ve çok popüler olan fast-food eriştesi ve patates kızartması gibi fast food gıdalarının paketlenmesi için yenilebilir ambalaj kağıdı hazırlanabilir; baharat paketleri, katı çorbalar için kullanılır Kullanıldığında doğrudan tencerede pişirilebilen hammaddeler gibi hazır gıdaların ambalajlanması, gıda kontaminasyonunu önleyebilir, gıdanın besin değerini artırabilir ve temizliği kolaylaştırabilir. Kurutulmuş avokado, patates ve kırık pirinç fermente edilerek polisakkaritlere dönüştürülerek renksiz ve şeffaf, iyi oksijen bariyeri özelliklerine ve mekanik özelliklere sahip yeni yenilebilir iç ambalaj malzemeleri hazırlamak için kullanılabilir ve süt tozunun paketlenmesinde kullanılır. , salata yağı ve diğer ürünler [19]. Askeri gıdalarda, ürün kullanıldıktan sonra geleneksel plastik ambalaj malzemesi çevreye atılıyor ve düşman takibi için bir işaret haline geliyor, bu da nerede olduğunu kolayca ortaya çıkarıyor. Pizza, pasta, ketçap, dondurma, yoğurt, kek ve tatlılar gibi çok bileşenli özel gıdalarda, plastik ambalaj malzemeleri doğrudan kullanıma eklenemediğinden, yenilebilir ambalaj filmi, grup sayısını azaltabilen benzersiz avantajlarını göstermektedir. Aroma maddelerinin migrasyonu ürün kalitesini ve estetiğini artırır [21]. Yenilebilir ambalaj filmi, meyilli sistemin mikrodalga gıda işlemesinde kullanılabilir. Et ürünleri, sebzeler, peynirler ve meyveler püskürtme, daldırma veya fırçalama vb. yöntemlerle önceden paketlenir, dondurulur ve saklanır ve tüketim için yalnızca mikrodalgada ısıtılmaları gerekir.

Az sayıda ticari yenilebilir ambalaj kağıdı ve poşeti bulunmasına rağmen, potansiyel yenilebilir ambalaj malzemelerinin formülasyonu ve uygulamasına ilişkin birçok patent tescil edilmiştir. Fransız gıda düzenleme otoriteleri, hidroksipropil metilselüloz, nişasta ve sodyum sorbattan oluşan ve ticari olarak satışa sunulan “SOLUPAN” isimli endüstriyel yenilebilir ambalaj poşetini onayladı.

1.1.3.2 Tıpta Uygulama

Jelatin, selüloz türevleri, nişasta ve yenilebilir sakız, ilaçların ve sağlık ürünlerinin etkinliğini etkili bir şekilde sağlayabilen, güvenli ve yenilebilir yumuşak ve sert kapsül kabukları hazırlamak için kullanılabilir; Bazı ilaçların doğası gereği acı bir tadı vardır ve bu tadın hastalar tarafından kullanılması zordur. Kabul edilen yenilebilir filmler bu tür ilaçlar için tat maskeleyici kaplamalar olarak kullanılabilir; bazı enterik polimer polimerler mide (pH 1.2) ortamında çözünmez ancak bağırsak (pH 6.8) ortamında çözünür ve bağırsakta Sürekli salımlı ilaç kaplamasında kullanılabilir; hedefe yönelik ilaçlar için taşıyıcı olarak da kullanılabilir.

Blanco-Fernandez ve ark. kitosan asetillenmiş monogliserit kompozit film hazırladı ve bunu E vitamininin antioksidan aktivitesinin sürekli salınımı için kullandı ve etki dikkat çekiciydi. Uzun vadeli antioksidan ambalaj malzemeleri. Zhang ve diğerleri. nişasta ile jelatin karıştırıldı, polietilen glikol plastikleştirici eklendi ve geleneksel olarak kullanıldı. Kompozit filmin daldırma işlemi ile içi boş sert kapsüller hazırlanmış ve kompozit filmin şeffaflığı, mekanik özellikleri, hidrofilik özellikleri ve faz morfolojisi incelenmiştir. iyi kapsül malzemesi [52]. Lal ve diğerleri. kafirini parasetamol kapsüllerin enterik kaplaması için yenilebilir bir kaplama haline getirdi ve yenilebilir filmin mekanik özelliklerini, termal özelliklerini, bariyer özelliklerini ve ilaç salma özelliklerini inceledi. Sonuçlar, sorgum kaplamasının çeşitli sert gliadin filmi kapsüllerinin midede kırılmadığını, ancak ilacı bağırsakta pH 6.8'de serbest bıraktığını gösterdi. Paik et al. İndometasin ile kaplanmış HPMC ftalat parçacıkları hazırlandı ve HPMC'nin yenilebilir film oluşturucu sıvısı ilaç parçacıklarının yüzeyine püskürtüldü ve ilaç tutulma oranı, ilaç parçacıklarının ortalama parçacık boyutu ve yenilebilir film incelendi, sonuçlar HPMCN kaplı olduğunu gösterdi indometasin oral ilacı, ilacın acı tadını maskeleme ve ilaç dağıtımını hedefleme amacına ulaşabilir. Oladzadabbasabadi ve ark. Geleneksel jelatin kapsüllerin yerine yenilebilir bir kompozit film hazırlamak için değiştirilmiş sago nişastasını karragenanla harmanladı ve bunun kuruma kinetiğini, termomekanik özelliklerini, fizikokimyasal özelliklerini ve bariyer özelliklerini inceledi. Sonuçlar, kompozit yenilebilir filmin jelatine benzer özelliklere sahip olduğunu ve farmasötik kapsül üretiminde kullanılabilir.

1.1.3.3 Meyve ve sebze muhafazasında uygulama

Taze meyve ve sebzelerde toplandıktan sonra biyokimyasal reaksiyonlar ve solunum halen kuvvetli bir şekilde devam etmekte olup, bu durum meyve ve sebzelerde doku hasarını hızlandıracak olup, oda sıcaklığında meyve ve sebzelerde nem kaybına neden olmak kolaydır. meyve ve sebzelerin iç dokularının kalitesi ve duyusal özellikleri. reddetmek. Bu nedenle meyve ve sebzelerin saklanması ve taşınmasında muhafaza en önemli konu haline gelmiş; geleneksel koruma yöntemleri zayıf koruma etkisine ve yüksek maliyete sahiptir. Meyve ve sebzelerin kaplamayla muhafazası şu anda oda sıcaklığında muhafazada en etkili yöntemdir. Yenilebilir film oluşturucu sıvı, meyve ve sebzelerin yüzeyinde kaplanır, bu da mikroorganizmaların istilasını etkili bir şekilde önleyebilir, meyve ve sebze dokularının solunumunu, su kaybını ve besin kaybını azaltabilir, meyve ve sebze dokularının fizyolojik yaşlanmasını geciktirebilir, and keep fruit and vegetable tissues The original plump and smooth. Glossy appearance, so as to achieve the purpose of keeping fresh and prolonging the storage period . Amerikalılar, yenilebilir film hazırlamak için ana hammadde olarak asetil monogliserit ve bitkisel yağdan elde edilen peyniri kullanıyor ve bunu meyve ve sebzeleri taze tutmak, dehidrasyonu, kahverengileşmeyi ve mikroorganizmaların istilasını önlemek için kesmek için kullanıyor, böylece uzun süre muhafaza edilebiliyor. uzun zaman. Taze hali. Japonya, patates taze tutma filmi hazırlamak için atık ipeği hammadde olarak kullanıyor ve bu, soğuk depolamayla karşılaştırılabilir bir taze tutma etkisi elde edebiliyor. Amerikalılar, kaplama sıvısı yapmak ve kesilmiş meyveyi taze tutmak için ana hammadde olarak bitkisel yağ ve meyve kullanıyor ve koruma etkisinin iyi olduğunu buldu.

Marquez ve diğerleri. Hammadde olarak peynir altı suyu proteini ve pektini kullandı ve taze kesilmiş elma, domates ve havuçları kaplamak için kullanılan ve ağırlık kaybı oranını önemli ölçüde azaltabilen kompozit bir yenilebilir film hazırlamak için çapraz bağlama için glutaminaz ekledi. Taze kesilmiş meyve ve sebzelerin yüzeyinde mikroorganizmaların büyümesini engeller ve taze kesilmiş meyve ve sebzelerin tat ve aromasını koruyarak raf ömrünü uzatır. Shi Lei ve diğerleri. Üzümlerin ağırlık kaybını ve çürüme oranını azaltabilen, üzümlerin rengini ve parlaklığını koruyabilen ve çözünür katıların bozulmasını geciktirebilen kitosan yenilebilir film ile kaplanmış kırmızı küre üzümleri. Hammadde olarak kitosan, sodyum aljinat, sodyum karboksimetilselüloz ve poliakrilat kullanan Liu ve ark. meyve ve sebzelerin taze saklanması için çok katmanlı kaplamayla yenilebilir filmler hazırladı ve bunların morfolojisi, suda çözünürlüğü vb. üzerinde çalıştı. Sonuçlar, sodyum karboksimetil selüloz-kitosan-gliserol kompozit filmin en iyi koruma etkisine sahip olduğunu gösterdi. Sun Qingshen ve diğerleri. Çileklerin korunmasında kullanılan, çileklerin terlemesini önemli ölçüde azaltabilen, solunumlarını engelleyebilen ve çürük meyve oranını azaltabilen soya fasulyesi protein izolatının kompozit filmini inceledi. Ferreira ve ark. kompozit yenilebilir film hazırlamak için meyve ve sebze kalıntı tozu ve patates kabuğu tozu kullanmış, kompozit filmin suda çözünürlüğünü ve mekanik özelliklerini incelemiş ve alıçları korumak için kaplama yöntemini kullanmıştır. Sonuçlar alıç raf ömrünün uzadığını gösterdi. %50, ağırlık kaybı oranı %30-57 oranında azaldı, organik asit ve nemde önemli bir değişiklik olmadı. Fu Xiaowei ve diğerleri. kitosan yenilebilir film ile taze biberlerin korunmasını araştırmış ve sonuçlar, depolama sırasında taze biberlerin solunum yoğunluğunu önemli ölçüde azaltabileceğini ve biberlerin yaşlanmasını geciktirebileceğini göstermiştir. Navarro-Tarazaga ve ark. erikleri korumak için balmumuyla değiştirilmiş HPMC yenilebilir film kullandı. Sonuçlar, balmumunun HPMC filmlerinin oksijen ve nem bariyeri özelliklerini ve mekanik özelliklerini geliştirebileceğini gösterdi. Eriklerin ağırlık kaybı oranı önemli ölçüde azaltılmış, meyvenin depolama sırasında yumuşaması ve kanaması iyileştirilmiş, eriklerin depolama süresi uzatılmıştır. Tang Liying ve ark. nişasta modifikasyonunda gomalak alkali çözeltisini kullandı, yenilebilir ambalaj filmi hazırladı ve film özelliklerini inceledi; Aynı zamanda, film oluşturucu sıvısını mangoları tazelik için kaplamak için kullanmak, nefes almayı etkili bir şekilde azaltabilir. Depolama sırasında esmerleşme olayını önleyebilir, ağırlık kaybı oranını azaltabilir ve depolama süresini uzatabilir.

1.1.3.4 Et ürünlerinin işlenmesinde ve korunmasında uygulama

Zengin besin değerlerine ve yüksek su aktivitesine sahip et ürünleri, işleme, taşıma, depolama ve tüketim sürecinde mikroorganizmalar tarafından kolayca istila edilir, bu da renginin koyulaşmasına, yağ oksidasyonuna ve diğer bozulmalara neden olur. Et ürünlerinin depolama süresini ve raf ömrünü uzatmak için et ürünlerinde enzimlerin aktivitesinin ve yüzeydeki mikroorganizmaların istilasının engellenmeye çalışılması, yağ oksidasyonundan kaynaklanan renk ve koku bozulmalarının önlenmesi gerekmektedir. Günümüzde yenilebilir film muhafazası, et muhafazasında yurt içinde ve yurt dışında yaygın olarak kullanılan yaygın yöntemlerden biridir. Geleneksel yöntemle karşılaştırıldığında, yenilebilir filmle paketlenmiş et ürünlerinde dış mikroorganizmaların istilasının, yağın oksidatif ekşimesinin ve meyve suyu kaybının önemli ölçüde iyileştirildiği ve et ürünlerinin kalitesinin önemli ölçüde iyileştirildiği bulunmuştur. Raf ömrü uzatılır.

Et ürünlerinin yenilebilir filmi üzerine araştırmalar 1950'lerin sonlarında başladı ve en başarılı uygulama örneği sosis üretimi ve işlenmesinde yaygın olarak kullanılan kolajen yenilebilir filmdi. Emiroğlu ve ark. Antibakteriyel film yapmak için soya fasulyesi proteini yenilebilir filmine susam yağı ekledi ve bunun dondurulmuş sığır eti üzerindeki antibakteriyel etkisini inceledi. Sonuçlar, antibakteriyel filmin Staphylococcus aureus'un üremesini ve büyümesini önemli ölçüde engelleyebildiğini gösterdi. Wook ve diğerleri. yenilebilir bir proantosiyanidin filmi hazırladı ve bunu soğutulmuş domuz etini tazelik için kaplamak için kullandı. Domuz pirzolalarının 14 gün depolama sonrasında rengi, pH'ı, TVB-N değeri, tiyobarbitürik asit ve mikrobiyal sayısı araştırıldı. Sonuçlar, yenilebilir proantosiyanidin filminin tiyobarbitürik asit oluşumunu etkili bir şekilde azaltabildiğini, yağ asidi bozulmasını önleyebildiğini, et ürünlerinin yüzeyindeki mikroorganizmaların istilasını ve çoğalmasını azaltabildiğini, et ürünlerinin kalitesini artırabildiğini ve depolama süresini uzatabildiğini gösterdi. raf ömrü. Jiang Shaotong ve diğerleri. nişasta-sodyum aljinat kompozit membran çözeltisine çay polifenolleri ve allisin ekledi ve bunları, 0-4 °C'de 19 günden fazla saklanabilen soğutulmuş domuz etinin tazeliğini korumak için kullandı. Cartagena ve ark. nisin antimikrobiyal maddesi ile eklenen yenilebilir kollajen filmin domuz dilimlerinin korunması üzerindeki antibakteriyel etkisini bildirdi; bu, yenilebilir kollajen filmin soğutulmuş domuz dilimlerinin nem geçişini azaltabileceğini, et ürünlerinin ekşimesini geciktirebileceğini ve %2 ile kollajen film ekleyebileceğini belirtti. Nisin en iyi koruma etkisine sahipti. Wang Rui ve diğerleri. depolamadan sonraki 16 gün içinde sığır etinin pH'ı, uçucu baz nitrojeni, kızarıklığı ve toplam koloni sayısının karşılaştırmalı analizi ile sodyum aljinat, kitosan ve karboksimetil lifindeki değişiklikleri inceledi. Soğutulmuş sığır etinin tazeliğini korumak için üç çeşit yenilebilir sodyum vitamini filmi kullanıldı. Sonuçlar, yenilebilir sodyum aljinat filminin ideal bir tazelik koruma etkisine sahip olduğunu gösterdi. Caprioli ve ark. Pişmiş hindi göğsü yenilebilir sodyum kazeinat filmiyle sarılmış ve daha sonra 4 °C'de soğutulmuştur. Araştırmalar, yenilebilir sodyum kazeinat filminin hindi etini soğutma sırasında yavaşlatabildiğini göstermiştir. kokuşmuşluktan.

1.1.3.5 Su ürünlerinin korunmasında uygulama

Su ürünlerindeki kalite düşüşü, esas olarak serbest nemin azalması, lezzetin bozulması ve su ürünleri dokusunun bozulmasıyla kendini göstermektedir. Su ürünlerinin ayrışması, oksidasyon, denatürasyon ve mikrobiyal istilanın neden olduğu kuru tüketim, su ürünlerinin raf ömrünü etkileyen önemli faktörlerdir. Dondurarak depolama, su ürünlerinin korunmasında yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir, ancak aynı zamanda, özellikle tatlı su balıkları için ciddi olan süreçte belirli bir düzeyde kalite bozulması da olacaktır.

Su ürünlerinin yenilebilir filmlerle muhafazası 1970'lerin sonlarında başladı ve şu anda yaygın olarak kullanılıyor. Yenilebilir film, dondurulmuş su ürünlerini etkili bir şekilde koruyabilir, su kaybını azaltabilir ve ayrıca yağ oksidasyonunu önlemek için antioksidanlarla birleştirilebilir, böylece raf ömrünü ve raf ömrünü uzatma amacına ulaşılabilir. Meenatchisundaram ve ark. nişastayı matris olarak kullanarak, karanfil ve tarçın gibi baharatları ekleyerek nişasta bazlı kompozit yenilebilir film hazırladı ve bunu beyaz karideslerin muhafazasında kullandı. Sonuçlar, yenilebilir nişasta filminin mikroorganizmaların büyümesini etkili bir şekilde engelleyebildiğini, yağ oksidasyonunu yavaşlatabildiğini, soğutulmuş beyaz karidesin raf ömrünü 10 °C ve 4 °C'de sırasıyla 14 ve 12 gün kadar uzatabildiğini gösterdi. Cheng Yuanyuan ve diğerleri pullulan çözeltisinin koruyucu maddesini incelediler ve tatlı su balıklarını incelediler. Koruma, mikroorganizmaların büyümesini etkili bir şekilde engelleyebilir, balık proteini ve yağının oksidasyonunu yavaşlatabilir ve mükemmel koruma etkisine sahip olabilir. Yunus ve ark. Gökkuşağı alabalığını defne yaprağı esansiyel yağının eklendiği yenilebilir jelatin filmle kapladılar ve 4 °C'de buzdolabında saklamanın etkisini incelediler. Sonuçlar, jelatin yenilebilir filmin gökkuşağı alabalığının kalitesini 22 güne kadar korumada etkili olduğunu gösterdi. uzun zamandır. Wang Siwei ve ark. ana malzemeler olarak sodyum aljinat, kitosan ve CMC kullanmış, yenilebilir film sıvısı hazırlamak için stearik asit eklemiş ve bunu tazelik için Penaeus vannamei'yi kaplamak için kullanmıştır. Çalışma, CMC ve kitosan sıvısının kompozit filminin iyi bir koruma etkisine sahip olduğunu ve raf ömrünü yaklaşık 2 gün uzatabildiğini gösterdi. Yang Shengping ve diğerleri, saç kuyruğunun yüzeyindeki bakterilerin üremesini etkili bir şekilde engelleyebilen, uçucu hidroklorik asit oluşumunu geciktirebilen ve saç kuyruğunun raf ömrünü uzatabilen taze saç kuyruğunun soğutulması ve korunması için kitosan-çay polifenol yenilebilir filmi kullandı. yaklaşık 12 gün.

1.1.3.6 Kızartılmış yiyeceklerde uygulama

Derin yağda kızartılmış yiyecekler, büyük bir çıktıya sahip, yaygın olarak popüler, yemeye hazır bir besindir. It is wrapped with polysaccharide and protein edible film, which can prevent the color change of the food during the frying process and reduce the oil consumption. oksijen ve nem girişi [80]. Kızartılmış yiyecekleri gellan sakızıyla kaplamak, yağ tüketimini %35-%63 oranında azaltabilir, örneğin sashimi kızartırken yağ tüketimini %63 oranında azaltabilir; Patates cipsi kızartırken yağ tüketimini %35-%63 oranında azaltabilir. Yakıt tüketimini %60 oranında azalttı vb. [81].

Singthong ve diğerleri. kızarmış muz şeritlerinin kaplanmasında kullanılan sodyum aljinat, karboksimetil selüloz ve pektin gibi polisakkaritlerden yenilebilir filmler hazırladı ve kızartma sonrasında yağ emme oranını inceledi. Sonuçlar pektin ve karboksil Metilselüloz ile kaplanmış kızarmış muz şeritlerinin daha iyi duyusal kalite gösterdiğini, bunların arasında yenilebilir pektin filminin yağ emilimini azaltmada en iyi etkiye sahip olduğunu gösterdi [82]. Holownia ve ark. Kızartma yağındaki yağ tüketimi, serbest yağ asidi içeriği ve renk değerindeki değişiklikleri incelemek için kızarmış tavuk filetolarının yüzeyine kaplanmış HPMC ve MC filmleri. Ön kaplama, yağ emilimini azaltabilir ve yağ ömrünü uzatabilir [83]. Sheng Meixiang ve ark. patates cipsinin yağ emilimini, su içeriğini, rengini, akrilamid içeriğini ve duyusal kalitesini incelemek için CMC, kitosan ve soya fasulyesi protein izolatından yenilebilir filmler hazırladı, patates cipslerini kapladı ve bunları yüksek sıcaklıkta kızarttı. Sonuçlar, soya fasulyesi protein izolatı yenilebilir filminin, kızarmış patates cipslerinin yağ tüketimini azaltmada önemli bir etkiye sahip olduğunu ve kitosan yenilebilir filminin, akrilamid içeriğini azaltmada daha iyi bir etkiye sahip olduğunu gösterdi [84]. Salvador et al. kızarmış kalamar halkalarının yüzeyini buğday nişastası, modifiye mısır nişastası, dekstrin ve glutenle kapladı; bu, kalamar halkalarının gevrekliğini artırabildi ve yağ emme oranını azaltabildi [85].

1.1.3.7 Unlu mamullerde uygulama

Yenilebilir film, fırınlanmış ürünlerin görünümünü iyileştirmek için pürüzsüz bir kaplama olarak kullanılabilir; fırınlanmış ürünlerin raf ömrünü uzatmak için nem, oksijen, yağ vb.'ye karşı bir bariyer olarak kullanılabilir; örneğin kitosan yenilebilir film, ekmeğin yüzeyini kaplamak için kullanılır. Ayrıca gevrek atıştırmalıklar ve atıştırmalıklar için bir yapıştırıcı olarak da kullanılabilir. örneğin kavrulmuş fıstıklar genellikle tuz ve baharatları kaplamak için yapıştırıcılarla kaplanır [87].

Christos ve ark. sodyum aljinat ve peynir altı suyu proteininden yenilebilir filmler hazırladı ve bunları Lactobacillus rhamnosus probiyotik ekmeğinin yüzeyine kapladı. Çalışma, probiyotiklerin hayatta kalma oranının önemli ölçüde arttığını gösterdi, ancak iki ekmek türü Sindirim mekanizmalarının çok benzer olduğunu, dolayısıyla yenilebilir filmin kaplamasının ekmeğin dokusunu, lezzetini ve termofiziksel özelliklerini değiştirmediğini gösterdi [88]. Panuwat ve ark. yenilebilir bir kompozit film hazırlamak için metil selüloz matrisine Hint bektaşi üzümü özü ekledi ve bunu kavrulmuş kaju fıstıklarının tazeliğini korumak için kullandı. Sonuçlar, kompozit yenilebilir filmin, depolama sırasında kavrulmuş kaju fıstıklarını etkili bir şekilde engelleyebildiğini gösterdi. Kalite bozuldu ve kavrulmuş kaju fıstığının raf ömrü 90 güne kadar uzadı [89]. Schou ve ark. sodyum kazeinat ve gliserinle şeffaf ve esnek bir yenilebilir film hazırladı ve bunun mekanik özelliklerini, su geçirgenliğini ve pişmiş ekmek dilimleri üzerindeki paketleme etkisini inceledi. Sonuçlar, yenilebilir sodyum kazeinat filminin pişmiş ekmeği sardığını gösterdi. Paneleme işleminden sonra sertliği oda sıcaklığında depolamanın ardından 6 saat içinde azaltılabilir [90]. Du ve diğerleri. Kızartılmış tavuğu sarmak için elma bazlı yenilebilir film ve bitki esansiyel yağları eklenmiş domates bazlı yenilebilir film kullanılmış, bu sadece tavuğu kızartmadan önce mikroorganizmaların büyümesini engellemekle kalmamış, aynı zamanda kavurma sonrasında tavuğun lezzetini de arttırmıştır [91]. Javanmard ve ark. yenilebilir bir buğday nişastası filmi hazırladı ve bunu pişmiş fıstık tanelerini sarmak için kullandı. Sonuçlar, yenilebilir nişasta filminin kabuklu yemişlerin oksidatif ekşimesini önleyebildiğini, kuruyemişlerin kalitesini artırabildiğini ve raf ömrünü uzatabildiğini gösterdi [92]. Majid ve ark. oksijen bariyerini artırabilen, yer fıstığının ekşimesini azaltabilen, kavrulmuş yer fıstığının gevrekliğini iyileştirebilen ve depolama süresini uzatabilen kavrulmuş yer fıstığını kaplamak için peynir altı suyu proteini yenilebilir filmi kullandı [93].

1.1.3.8 Şekerleme ürünlerinde uygulama

Şeker endüstrisi, uçucu bileşenlerin difüzyonu için yüksek gereksinimlere sahiptir, bu nedenle çikolata ve cilalı yüzeyli şekerlemeler için, uçucu bileşenler içeren kaplama sıvısının yerine suda çözünür yenilebilir filmlerin kullanılması gerekir. Yenilebilir ambalaj filmi, oksijen ve nemin geçişini azaltmak için şekerin yüzeyinde pürüzsüz bir koruyucu film oluşturabilir. Peynir altı suyu proteini yenilebilir filmlerinin şekerlemede uygulanması, uçucu bileşenlerinin difüzyonunu önemli ölçüde azaltabilir. Kurabiye ve fıstık ezmesi gibi yağlı gıdaları kapsüllemek için çikolata kullanıldığında, yağ çikolatanın dış katmanına geçerek çikolatayı yapışkan hale getirecek ve "ters donma" olayına neden olacaktır, ancak iç malzeme kuruyarak tadında değişiklik. Yağ bariyeri işlevine sahip yenilebilir film ambalaj malzemesi katmanının eklenmesi bu sorunu çözebilir [94].

Nelson ve ark. used methylcellulose edible film to coat candies containing multiple lipids and showed very low lipid permeability, thereby inhibiting the frosting phenomenon in chocolate [95]. Meyers applied a hydrogel-wax bilayer edible film to chewing gum, which could improve its adhesion, reduce water volatilization, and prolong its shelf life [21]. Fadini ve ark. tarafından hazırlanan su. Decollagen-cocoa butter edible composite film was studied for its mechanical properties and water permeability, and it was used as a coating for chocolate products with good results [96].

1.1.4 Selüloz Bazlı Yenilebilir Filmler

Selüloz bazlı yenilebilir film, ana hammadde olarak doğada en bol bulunan selüloz ve türevlerinden yapılan bir çeşit yenilebilir filmdir. Selüloz bazlı yenilebilir film kokusuz ve tatsızdır ve iyi mekanik dayanıma, yağ bariyeri özelliklerine, şeffaflığa, esnekliğe ve iyi gaz bariyeri özelliklerine sahiptir. Bununla birlikte, selülozun hidrofilik doğasından dolayı, selüloz bazlı yenilebilir filmin direnci, su performansı genellikle nispeten zayıftır [82, 97-99].

Gıda endüstrisi üretiminde atık malzemelerden yapılan selüloz bazlı yenilebilir film, mükemmel performansa sahip yenilebilir ambalaj filmleri elde edebilir ve ürünlerin katma değerini artırmak için atık malzemeleri yeniden kullanabilir. Ferreira ve ark. selüloz bazlı yenilebilir kompozit film hazırlamak için meyve ve sebze kalıntısı tozunu patates kabuğu tozuyla harmanlamış ve bunu tazeliği korumak için alıç kaplamasına uygulamış ve iyi sonuçlar elde etmiştir [62]. Tan Huizi ve ark. Temel malzeme olarak fasulye posasından ekstrakte edilen diyet lifi kullanıldı ve iyi mekanik özelliklere ve bariyer özelliklerine sahip yenilebilir bir soya fasulyesi lifi filmi hazırlamak için belirli bir miktarda koyulaştırıcı eklendi [100], bu da esas olarak Fast food erişte baharatının paketlenmesinde kullanılır. Malzeme paketini doğrudan sıcak suda çözmek kullanışlı ve besleyicidir.

Metil selüloz (MC), karboksimetil selüloz (CMC) ve hidroksipropil metil selüloz (HPMC) gibi suda çözünür selüloz türevleri, sürekli bir matris oluşturabilir ve yenilebilir film geliştirme ve araştırmalarında yaygın olarak kullanılır. Xiao Naiyu ve diğerleri. ana film oluşturucu substrat olarak MC'yi kullandı, polietilen glikol ve kalsiyum klorür ve diğer yardımcı malzemeleri ekledi, döküm yöntemiyle MC yenilebilir filmi hazırladı ve bunu olekranonun ağzını uzatabilen olekranonun korunmasına uyguladı. Şeftalinin raf ömrü 4,5 gündür [101]. Esmaeili ve ark. MC yenilebilir filmini döküm yoluyla hazırladı ve bunu bitki esansiyel yağı mikrokapsüllerinin kaplamasına uyguladı. Sonuçlar, MC filminin iyi bir yağ engelleme etkisine sahip olduğunu ve yağ asidi bozulmasını önlemek için gıda ambalajına uygulanabileceğini gösterdi [102]. Tian ve diğerleri. MC yenilebilir filmlerin su engelleme özelliklerini geliştirebilecek stearik asit ve doymamış yağ asitleri içeren modifiye MC yenilebilir filmler [103]. Lai Fengying ve diğerleri. solvent tipinin MC yenilebilir filmin film oluşturma süreci üzerindeki etkisini ve yenilebilir filmin bariyer özelliklerini ve mekanik özelliklerini araştırdı [104].

CMC membranları O2, CO2 ve yağlara karşı iyi bariyer özelliklerine sahiptir ve gıda ve ilaç alanında yaygın olarak kullanılmaktadır [99]. Bifani ve ark. CMC membranlarını hazırladılar ve yaprak ekstraktlarının membranların su bariyeri özellikleri ve gaz bariyeri özellikleri üzerindeki etkisini incelediler. Sonuçlar, yaprak ekstraktlarının eklenmesinin, membranların nem ve oksijen bariyeri özelliklerini önemli ölçüde iyileştirebildiğini, ancak CO2 için bu durumun söz konusu olmadığını gösterdi. Bariyer özellikleri ekstraktın konsantrasyonuyla ilgilidir [105]. de Moura ve ark. prepared chitosan nanoparticles reinforced CMC films, and studied the thermal stability, mechanical properties and water solubility of the composite films. Sonuçlar kitosan nanopartiküllerinin CMC filmlerinin mekanik özelliklerini ve termal stabilitesini etkili bir şekilde geliştirebildiğini göstermektedir. Seks [98]. Ghanbarzadeh ve ark. CMC yenilebilir filmleri hazırladı ve gliserol ve oleik asidin CMC filmlerinin fizikokimyasal özellikleri üzerindeki etkilerini inceledi. Sonuçlar, filmlerin bariyer özelliklerinin önemli ölçüde arttığını, ancak mekanik özelliklerin ve şeffaflığın azaldığını gösterdi [99]. Cheng ve diğerleri. bir karboksimetil selüloz-konjak glikomannan yenilebilir kompozit film hazırladı ve palm yağının kompozit filmin fizikokimyasal özellikleri üzerindeki etkisini inceledi. Sonuçlar, daha küçük lipit mikrokürelerin kompozit filmi önemli ölçüde artırabildiğini gösterdi. Yüzey hidrofobikliği ve su molekülü nüfuz kanalının eğriliği, membranın nem bariyeri performansını geliştirebilir [106].

HPMC iyi film oluşturma özelliklerine sahiptir ve filmi esnek, şeffaf, renksiz ve kokusuzdur ve iyi yağ bariyeri özelliklerine sahiptir, ancak mekanik özelliklerinin ve su engelleme özelliklerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Zuniga ve ark. HPMC film oluşturucu çözeltinin başlangıçtaki mikro yapısı ve stabilitesinin, filmin yüzeyini ve iç yapısını önemli ölçüde etkileyebileceğini ve film yapısının oluşumu sırasında yağ damlacıklarının girme şeklinin, ışık geçirgenliğini ve yüzey aktivitesini önemli ölçüde etkileyebileceğini gösterdi. film. Maddenin eklenmesi, film oluşturucu çözeltinin stabilitesini geliştirebilir, bu da filmin yüzey yapısını ve optik özelliklerini etkiler, ancak mekanik özellikler ve hava geçirgenliği azalmaz [107]. Klangmuang ve diğerleri. HPMC filminin mekanik özelliklerini ve bariyer özelliklerini geliştirmek amacıyla HPMC yenilebilir filmini geliştirmek ve değiştirmek için organik olarak değiştirilmiş kil ve balmumu kullandı. Çalışma, balmumu ve kil modifikasyonundan sonra HPMC yenilebilir filmin mekanik özelliklerinin yenilebilir filmle karşılaştırılabilir olduğunu gösterdi. Nem bileşenlerinin performansı iyileştirildi [108]. Doğan ve ark. HPMC yenilebilir filmi hazırladı ve HPMC filmini geliştirmek ve değiştirmek için mikrokristalin selüloz kullandı ve filmin su geçirgenliğini ve mekanik özelliklerini inceledi. Sonuçlar, değiştirilmiş filmin nem bariyeri özelliklerinin önemli ölçüde değişmediğini gösterdi. ancak mekanik özellikleri önemli ölçüde iyileştirilmiştir [109]. Choi ve diğerleri. yenilebilir kompozit film hazırlamak için HPMC matrisine kekik yaprağı ve bergamot esansiyel yağı ekledi ve bunu taze eriklerin kaplama korumasına uyguladı. Çalışma, yenilebilir kompozit filmin eriklerin solunumunu etkili bir şekilde engelleyebildiğini, etilen üretimini azalttığını, ağırlık kaybı oranını azalttığını ve eriklerin kalitesini artırabildiğini gösterdi [110]. Esteghlal ve ark. yenilebilir kompozit filmler hazırlamak için HPMC'yi jelatin ile harmanladı ve yenilebilir kompozit filmler üzerinde çalıştı. HPMC jelatinin fizikokimyasal özellikleri, mekanik özellikleri ve uyumluluğu, tıbbi kapsüllerin hazırlanmasında kullanılabilen HPMC jelatin kompozit filmlerin gerilme özelliklerinin önemli ölçüde değişmediğini gösterdi [111]. Villacres ve ark. HPMC-manyok nişastası yenilebilir kompozit filmlerinin mekanik özelliklerini, gaz bariyer özelliklerini ve antibakteriyel özelliklerini inceledi. Sonuçlar, kompozit filmlerin iyi oksijen bariyeri özelliklerine ve antibakteriyel etkilere sahip olduğunu gösterdi [112]. Byun ve ark. gomalak-HPMC kompozit membranlar hazırladı ve emülgatör türlerinin ve gomalak konsantrasyonunun kompozit membranlar üzerindeki etkilerini inceledi. Emülgatör, kompozit membranın su engelleme özelliklerini azalttı ancak mekanik özellikleri önemli ölçüde azalmadı; Gomalak ilavesi, HPMC membranının termal stabilitesini büyük ölçüde arttırdı ve etkisi, gomalak konsantrasyonunun artmasıyla arttı [113].

1.1.5 Nişasta Bazlı Yenilebilir Filmler

Nişasta yenilebilir filmlerin hazırlanmasında kullanılan doğal bir polimerdir. Geniş kaynak, düşük fiyat, biyouyumluluk ve besin değeri gibi avantajlara sahiptir ve gıda ve ilaç endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır [114-117]. Son zamanlarda gıdaların saklanması ve korunmasına yönelik saf nişasta yenilebilir filmleri ve nişasta bazlı yenilebilir kompozit filmler üzerine araştırmalar birbiri ardına ortaya çıkmıştır. Yüksek amiloz nişastası ve onun hidroksipropile edilmiş modifiye nişastası, nişasta bazlı yenilebilir filmlerin hazırlanmasında ana malzemelerdir [119]. Nişastanın retrogradasyonu, film oluşturma yeteneğinin ana nedenidir. Amiloz içeriği ne kadar yüksek olursa, moleküller arası bağ o kadar sıkı olur, retrogradasyonun üretilmesi o kadar kolay olur ve filmin film oluşturma özelliği ve nihai gerilme mukavemeti o kadar iyi olur. daha büyük. Amiloz, düşük oksijen geçirgenliğine sahip suda çözünür filmler yapabilir ve yüksek amiloz filmlerin bariyer özellikleri, yüksek sıcaklık ortamlarında azalmaz ve bu da paketlenmiş gıdayı etkili bir şekilde koruyabilir [120].

Renksiz ve kokusuz olan yenilebilir nişasta filmi, iyi şeffaflığa, suda çözünürlüğe ve gaz bariyeri özelliklerine sahiptir, ancak nispeten güçlü hidrofiliklik ve zayıf nem bariyeri özellikleri gösterir, bu nedenle esas olarak gıda oksijeni ve yağ bariyeri ambalajlarında kullanılır [121-123]. Ek olarak, nişasta bazlı membranlar yaşlanmaya ve retrogradasyona eğilimlidir ve mekanik özellikleri nispeten zayıftır [124]. Yukarıdaki eksikliklerin üstesinden gelmek için nişasta, nişasta bazlı yenilebilir filmlerin özelliklerini geliştirmek amacıyla fiziksel, kimyasal, enzimatik, genetik ve katkı yöntemleriyle modifiye edilebilir [114].

Zhang Zhengmao ve diğerleri. çilekleri kaplamak için ultra ince nişastalı yenilebilir film kullanmış ve bunun su kaybını etkili bir şekilde azaltabildiğini, çözünebilir şeker içeriğinin azalmasını geciktirebildiğini ve çileklerin depolama süresini etkili bir şekilde uzatabildiğini bulmuştur [125]. Garcia ve ark. Taze çilek kaplama filminin korunmasında kullanılan, değiştirilmiş nişasta filmi oluşturucu sıvıyı elde etmek için farklı zincir oranlarına sahip değiştirilmiş nişasta. Oran ve bozunma oranı, kaplanmamış gruba göre daha iyiydi [126]. Ghanbarzadeh ve ark. sitrik asitle çapraz bağlanma yoluyla değiştirilmiş nişasta ve kimyasal olarak çapraz bağlanmış değiştirilmiş nişasta filmi elde edildi. Çalışmalar çapraz bağlanma modifikasyonundan sonra nişasta filmlerinin nem bariyeri özelliklerinin ve mekanik özelliklerinin geliştiğini göstermiştir [127]. Gao Qunyu ve diğerleri. Nişastanın ve elde edilen nişasta yenilebilir filminin enzimatik hidroliz işlemini gerçekleştirmişler ve enzim etki süresinin artmasıyla birlikte çekme mukavemeti, uzama ve katlanma direnci gibi mekanik özellikleri artmış, nem bariyeri performansı da artmıştır. önemli ölçüde iyileşti [128]. Parra ve ark. iyi mekanik özelliklere ve düşük su buharı iletim hızına sahip yenilebilir bir film hazırlamak için tapyoka nişastasına bir çapraz bağlama maddesi ekledi [129]. Fonseca ve ark. patates nişastasını oksitlemek için sodyum hipoklorit kullandı ve oksitlenmiş nişastadan yenilebilir bir film hazırladı. Çalışma, su buharı iletim hızının ve suda çözünürlüğünün önemli ölçüde azaldığını gösterdi; bu, yüksek su aktiviteli gıdaların paketlenmesine uygulanabilir [130].

Nişastanın diğer yenilebilir polimerler ve plastikleştiricilerle birleştirilmesi, nişasta bazlı yenilebilir filmlerin özelliklerini geliştirmek için önemli bir yöntemdir. Şu anda yaygın olarak kullanılan kompleks polimerler çoğunlukla pektin, selüloz, deniz yosunu polisakkariti, kitosan, karragenan ve ksantan sakızı gibi hidrofilik kolloidlerdir [131].

Maria Rodriguez ve ark. nişasta bazlı yenilebilir filmler hazırlamak için ana malzemeler olarak patates nişastası ve plastikleştiriciler veya yüzey aktif maddeler kullandı; bu, plastikleştiricilerin film esnekliğini artırabildiğini ve yüzey aktif maddelerin filmin gerilebilirliğini azaltabildiğini gösterdi [132]. Santana ve ark. manyok nişastası yenilebilir filmlerini geliştirmek ve değiştirmek için nano lifler kullanmış ve geliştirilmiş mekanik özelliklere, bariyer özelliklerine ve termal stabiliteye sahip nişasta bazlı yenilebilir kompozit filmler elde etmiştir [133]. Azevedo ve ark. tek tip bir film malzemesi hazırlamak için peynir altı suyu proteininin termoplastik nişasta ile birleştirilmesi, peynir altı suyu proteini ve termoplastik nişastanın güçlü arayüzey yapışmasına sahip olduğunu ve peynir altı suyu proteininin nişasta kullanılabilirliğini önemli ölçüde artırabildiğini gösterir. Yenilebilir filmlerin su engelleme ve mekanik özellikleri [134]. Edhirej ve ark. tapyoka nişastası bazlı yenilebilir bir film hazırladı ve plastikleştiricinin filmin fiziksel ve kimyasal yapısı, mekanik özellikleri ve termal özellikleri üzerindeki etkisini inceledi. Sonuçlar, plastikleştiricinin türü ve konsantrasyonunun tapyoka nişasta filmini önemli ölçüde etkileyebileceğini göstermektedir. Üre ve trietilen glikol gibi diğer plastikleştiricilerle karşılaştırıldığında pektin en iyi plastikleştirici etkiye sahiptir ve pektinle plastikleştirilmiş nişasta filmi iyi su engelleme özelliklerine sahiptir [135]. Saberi ve ark. yenilebilir kompozit filmlerin hazırlanmasında bezelye nişastası, guar zamkı ve gliserin kullanıldı. Sonuçlar bezelye nişastasının film kalınlığı, yoğunluk, kohezyon, su geçirgenliği ve gerilme mukavemetinde önemli bir rol oynadığını gösterdi. Guar zamkı Membranın gerilme mukavemetini ve elastik modülünü etkileyebilir ve gliserol, zarın esnekliğini geliştirebilir [136]. Ji ve ark. compounded chitosan and corn starch, and added calcium carbonate nanoparticles to prepare a starch-based antibacterial film. Çalışma, nişasta ve kitosan arasında moleküller arası hidrojen bağlarının oluştuğunu, filmin mekanik özelliklerinin arttığını ve antibakteriyel özelliklerinin arttığını göstermiştir. Meira ve ark. Kaolin nanopartikülleri ile geliştirilmiş ve değiştirilmiş mısır nişastası yenilebilir antibakteriyel film, kompozit filmin mekanik ve termal özelliklerini iyileştirdi ve antibakteriyel etki etkilenmedi [138]. Ortega-Toro ve ark. yenilebilir film hazırlamak için nişastaya HPMC ve sitrik asit ekledi. Çalışma, HPMC ve sitrik asit ilavesinin nişastanın yaşlanmasını etkili bir şekilde önleyebildiğini ve yenilebilir filmin su geçirgenliğini azaltabildiğini, ancak oksijen bariyeri özelliklerinin düştüğünü gösterdi [139].

1.2 Polimer hidrojeller

Hidrojeller, suda çözünmeyen ancak su ile şişebilen, üç boyutlu ağ yapısına sahip bir hidrofilik polimer sınıfıdır. Makroskopik olarak hidrojel belirli bir şekle sahiptir, akamaz ve katı bir maddedir. Mikroskobik olarak, suda çözünebilen moleküller hidrojel içerisinde farklı şekil ve boyutlarda dağılabilir ve farklı difüzyon hızlarında yayılabilir, böylece hidrojel bir çözeltinin özelliklerini sergiler. Hidrojellerin iç yapısının dayanıklılığı sınırlıdır ve kolayca tahrip olur. Katı ile sıvı arasında bir durumdadır. Bir katıya benzer bir esnekliğe sahiptir ve gerçek bir katıdan açıkça farklıdır.

1.2.1 Polimer hidrojellere genel bakış

1.2.1.1 Polimer hidrojellerin sınıflandırılması

Polimer hidrojel, polimer molekülleri arasındaki fiziksel veya kimyasal çapraz bağlanma ile oluşturulan üç boyutlu bir ağ yapısıdır [143-146]. Kendini şişirmek için sudaki büyük miktarda suyu emer ve aynı zamanda üç boyutlu yapısını koruyup suda çözünmez. su.

Hidrojelleri sınıflandırmanın birçok yolu vardır. Çapraz bağlanma özelliklerindeki farklılığa bağlı olarak fiziksel jeller ve kimyasal jeller olarak ikiye ayrılabilirler. Fiziksel jeller, nispeten zayıf hidrojen bağları, iyonik bağlar, hidrofobik etkileşimler, van der Waals kuvvetleri ve polimer moleküler zincirleri arasındaki fiziksel dolaşma ve diğer fiziksel kuvvetlerle oluşur ve farklı dış ortamlarda çözeltilere dönüştürülebilir. Tersine çevrilebilir jel denir; kimyasal jel genellikle kovalent bağlar gibi kimyasal bağların ısı, ışık, başlatıcı vb. varlığında çapraz bağlanmasıyla oluşan kalıcı üç boyutlu bir ağ yapısıdır. Jel oluştuktan sonra geri döndürülemez ve kalıcıdır, diğer adıyla kimyasal jel olarak da bilinir. Gerçek yoğunlaşma için [147-149]. Fiziksel jeller genellikle kimyasal modifikasyon gerektirmez ve düşük toksisiteye sahiptir, ancak mekanik özellikleri nispeten zayıftır ve büyük dış strese dayanmaları zordur; Kimyasal jeller genellikle daha iyi stabiliteye ve mekanik özelliklere sahiptir.

Farklı kaynaklara dayanarak hidrojeller, sentetik polimer hidrojellere ve doğal polimer hidrojellere ayrılabilir. Sentetik polimer hidrojeller, esas olarak poliakrilik asit, polivinil asetat, poliakrilamid, polietilen oksit vb. dahil olmak üzere sentetik polimerlerin kimyasal polimerizasyonuyla oluşturulan hidrojellerdir; doğal polimer hidrojeller Polimer hidrojeller, selüloz, aljinat, nişasta, agaroz, hyaluronik asit, jelatin ve kollajen dahil olmak üzere doğadaki polisakkaritler ve proteinler gibi doğal polimerlerin çapraz bağlanmasıyla oluşturulur [6, 7, 150], 151]. Doğal polimer hidrojeller genellikle geniş kaynak, düşük fiyat ve düşük toksisite özelliklerine sahiptir ve sentetik polimer hidrojellerin işlenmesi genellikle kolaydır ve büyük verime sahiptir.

Hidrojeller, dış çevreye verilen farklı tepkilere dayanarak geleneksel hidrojeller ve akıllı hidrojeller olarak da ikiye ayrılabilir. Geleneksel hidrojeller dış ortamdaki değişikliklere nispeten duyarsızdır; smart hydrogels can sense small changes in the external environment and produce corresponding changes in physical structure and chemical properties [152-156]. Sıcaklığa duyarlı hidrojeller için hacim, ortamın sıcaklığına göre değişir. Usually, such polymer hydrogels contain hydrophilic groups such as hydroxyl, ether and amide or hydrophobic groups such as methyl, ethyl and propyl. The temperature of the external environment can affect the hydrophilic or hydrophobic interaction between gel molecules, hydrogen bonding and the interaction between water molecules and polymer chains, thereby affecting the balance of the gel system. pH'a duyarlı hidrojeller için sistem genellikle karboksil grupları, sülfonik asit grupları veya amino grupları gibi asit-baz değiştirici grupları içerir. Değişen pH ortamında, bu gruplar protonları emebilir veya serbest bırakabilir, jeldeki hidrojen bağını ve iç ve dış iyon konsantrasyonları arasındaki farkı değiştirerek jelin hacminin değişmesine neden olabilir. Elektrik alanı, manyetik alan ve ışığa duyarlı hidrojeller sırasıyla polielektrolitler, metal oksitler ve ışığa duyarlı gruplar gibi fonksiyonel gruplar içerir. Farklı dış uyaranlar altında sistem sıcaklığı veya iyonizasyon derecesi değiştirilir ve daha sonra jel hacmi, sıcaklığa veya pH'a duyarlı hidrojele benzer prensiple değiştirilir.

Farklı jel davranışlarına dayanarak hidrojeller, soğuk kaynaklı jeller ve termal kaynaklı jeller olarak ikiye ayrılabilir [157]. Kısaca soğuk jel olarak adlandırılan soğuk jel, yüksek sıcaklıkta rastgele bobinler halinde bulunan bir makromoleküldür. Soğutma işlemi sırasında moleküller arası hidrojen bağlarının etkisiyle sarmal parçalar yavaş yavaş oluşur ve böylece işlem çözeltiden tamamlanır. Jel'e geçiş [158]; Termal jel olarak adlandırılan termo-kaynaklı jel, düşük sıcaklıkta çözelti halindeki bir makromoleküldür. Isıtma işlemi sırasında hidrofobik etkileşim vb. yoluyla üç boyutlu bir ağ yapısı oluşturulur ve böylece jelleşme geçişi tamamlanır [159], 160).

Hidrojeller ayrıca farklı ağ özelliklerine dayalı olarak homopolimerik hidrojeller, kopolimerize hidrojeller ve iç içe geçmiş ağ hidrojelleri, farklı jel boyutlarına ve biyolojik olarak parçalanabilir özelliklere dayalı mikroskobik hidrojeller ve makroskopik hidrojeller olarak da ayrılabilir. Parçalanabilen hidrojeller ve parçalanamayan hidrojeller olarak farklı şekilde bölünmüşlerdir.

1.2.1.2 Doğal polimer hidrojellerin uygulanması

Doğal polimer hidrojeller, iyi biyouyumluluk, yüksek esneklik, bol kaynak, çevreye duyarlılık, yüksek su tutma ve düşük toksisite özelliklerine sahiptir ve biyotıp, gıda işleme, çevre koruma, tarım ve ormancılık üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır ve yaygın olarak kullanılmaktadır. endüstride ve diğer alanlarda kullanılır [142, 161-165].

Doğal polimer hidrojellerin biyomedikal ile ilgili alanlarda uygulanması. Doğal polimer hidrojellerin iyi bir biyouyumluluğu, biyolojik olarak parçalanabilirliği vardır ve toksik yan etkileri yoktur, bu nedenle yara örtüleri olarak kullanılabilirler ve insan dokularıyla doğrudan temas edebilirler; bu da in vitro mikroorganizmaların istilasını etkili bir şekilde azaltabilir, vücut sıvılarının kaybını önleyebilir ve oksijene izin verebilir. geçmek için. Yara iyileşmesini destekler; rahat kullanım, iyi oksijen geçirgenliği ve göz hastalıklarının yardımcı tedavisi avantajlarıyla kontakt lens hazırlamak için kullanılabilir [166, 167]. Doğal polimerler canlı dokuların yapısına benzer ve insan vücudunun normal metabolizmasına katılabilir, dolayısıyla bu tür hidrojeller doku mühendisliği iskele malzemeleri, doku mühendisliği kıkırdak onarımı vb. olarak kullanılabilir. Doku mühendisliği iskeleleri ön-önceden sınıflandırılabilir. şekilli ve enjeksiyon kalıplı iskeleler. Önceden kalıplanmış stentler sudan yararlanır, jelin özel üç boyutlu ağ yapısı, hücreler için spesifik ve yeterli bir büyüme alanı sağlarken biyolojik dokularda belirli bir destekleyici rol oynamasını sağlar ve ayrıca hücre büyümesini, farklılaşmasını ve bozulmasını indükleyebilir. insan vücudu tarafından emilim [168]. Enjeksiyonla kalıplanmış stentler, akıcı bir çözelti halinde enjekte edildikten sonra hızlı bir şekilde jel oluşturmak için hidrojellerin faz geçiş davranışını kullanır ve bu da hastaların ağrısını en aza indirebilir [169]. Bazı doğal polimer hidrojeller çevreye duyarlıdır, bu nedenle ilaç kontrollü salınım malzemeleri olarak yaygın şekilde kullanılırlar, böylece içlerinde kapsüllenen ilaçlar insan vücudunun gerekli kısımlarına zamanlı ve niceliksel bir şekilde salınarak toksik ve yan etkileri azaltır. ilaçların insan vücudu üzerindeki etkileri [170].

Doğal polimer hidrojellerin gıda ile ilgili alanlarda uygulanması. Doğal polimer hidrojeller, bazı tatlılar, şekerlemeler, et ikameleri, yoğurt ve dondurma gibi insanların günde üç öğün beslenmesinin önemli bir parçasıdır. Genellikle gıda ürünlerinde fiziksel özelliklerini iyileştirebilen ve ona pürüzsüz bir tat veren bir gıda katkı maddesi olarak kullanılır. Örneğin çorba ve soslarda koyulaştırıcı, meyve sularında emülgatör ve süspanse edici madde olarak kullanılır. Sütlü içeceklerde, pudinglerde ve et jölelerinde jelleştirici madde olarak, birada berraklaştırıcı madde ve köpük stabilizatörü olarak, peynirde sinerez inhibitörü olarak, sosislerde bağlayıcı olarak, ekmek ve tereyağında nişasta retrogradasyonu inhibitörleri olarak kullanılır. ] Gıda Katkı Maddeleri El Kitabından, çok sayıda doğal polimer hidrojelin gıda işleme için gıda katkı maddesi olarak onaylandığı görülebilir [175]. Doğal polimer hidrojeller, sağlık ürünlerinin ve kilo verme ürünlerinde ve kabızlık önleyici ürünlerde kullanılan diyet lifleri gibi fonksiyonel gıdaların geliştirilmesinde besin takviyeleri olarak kullanılır [176, 177]; prebiyotik olarak kolon sağlık bakım ürünlerinde ve kolon kanserini önlemeye yönelik ürünlerde kullanılırlar [178]; doğal polimer hidrojeller, meyve ve sebzelerin üzerine kaplanarak meyve ve sebze muhafazası gibi gıda ambalaj malzemeleri alanında kullanılabilecek yenilebilir veya parçalanabilir kaplamalar veya filmler haline getirilebilir. Yüzeyde raf ömrünü uzatabilir. meyve ve sebzeleri taze ve yumuşak tutmak; aynı zamanda temizliği kolaylaştırmak amacıyla sosis ve çeşniler gibi hazır gıdalar için ambalaj malzemesi olarak da kullanılabilir [179, 180].

Doğal polimer hidrojellerin diğer alanlardaki uygulamaları. Günlük ihtiyaçlar açısından kremsi cilt bakımına veya kozmetiklere eklenebilir, bu da ürünün depoda kurumasını engellemenin yanı sıra cildi kalıcı olarak nemlendirip nemlendirebilir; güzellik makyajında ​​şekillendirme, nemlendirme ve kokuların yavaş salınması için kullanılabilir; Kağıt havlu ve çocuk bezi gibi günlük ihtiyaçlarda kullanılabilir [181]. Tarımda kuraklığa direnmek ve fideleri korumak ve emek yoğunluğunu azaltmak amacıyla kullanılabilir; bitki tohumları için bir kaplama maddesi olarak tohumların çimlenme oranını önemli ölçüde artırabilir; fide dikiminde kullanıldığında fidelerin hayatta kalma oranını artırabilir; pestisitlerin kullanımını iyileştirir ve kirliliği azaltır [182, 183]. Çevre açısından, su kaynaklarını korumak ve çevreyi iyileştirmek için genellikle ağır metal iyonları, aromatik bileşikler ve boyalar içeren kanalizasyon arıtımında topaklaştırıcı ve adsorban olarak kullanılır [184]. Endüstride dehidrasyon maddesi, sondaj yağlayıcısı, kablo sarma malzemesi, sızdırmazlık malzemesi ve soğuk depolama maddesi vb. olarak kullanılır [185].

1.2.2 Hidroksipropil metilselüloz termojel

Selüloz, üzerinde en çok çalışılan, insanlarla en yakın ilişkiye sahip olan ve doğada en bol bulunan doğal bir makromoleküler bileşiktir. Yüksek bitkilerde, alglerde ve mikroorganizmalarda yaygın olarak mevcuttur [186, 187]. Selüloz, geniş kaynağı, düşük fiyatı, yenilenebilir, biyolojik olarak parçalanabilir, güvenli, toksik olmaması ve iyi biyouyumluluğu nedeniyle giderek yaygın bir ilgi çekmektedir.

1.2.2.1 Selüloz ve eter türevleri

Selüloz, D-anhidroglikoz yapısal birimlerinin β-1,4 glikosidik bağlar yoluyla bağlanmasıyla oluşan doğrusal uzun zincirli bir polimerdir [189-191]. Çözünmez. Moleküler zincirin her iki ucundaki bir uç grup dışında, her glikoz ünitesinde, belirli koşullar altında çok sayıda molekül içi ve moleküller arası hidrojen bağları oluşturabilen üç polar hidroksil grubu vardır; ve selüloz polisiklik bir yapıdır ve moleküler zincir yarı serttir. Zincir, yüksek kristallik ve oldukça düzenli yapı, dolayısıyla yüksek derecede polimerizasyon, iyi moleküler yönelim ve kimyasal stabilite özelliklerine sahiptir [83, 187]. Selüloz zinciri çok sayıda hidroksil grubu içerdiğinden, mükemmel uygulama özelliklerine sahip selüloz türevleri elde etmek için esterifikasyon, oksidasyon ve eterifikasyon gibi çeşitli yöntemlerle kimyasal olarak modifiye edilebilir.

Selüloz türevleri, polimer kimyası alanında araştırılan ve üretilen ilk ürünlerden biridir. Doğal polimer selülozdan kimyasal olarak modifiye edilmiş, geniş bir kullanım alanına sahip polimer ince kimyasal malzemelerdir. Bunlar arasında selüloz eterler yaygın olarak kullanılmaktadır. Endüstriyel uygulamalardaki en önemli kimyasal hammaddelerden biridir [194].

Selüloz eterlerin pek çok çeşidi vardır ve bunların hepsi genel olarak kendine özgü ve mükemmel özelliklere sahiptir ve gıda ve tıp gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır [195]. MC, metil grubuna sahip en basit selüloz eter türüdür. İkame derecesinin artmasıyla birlikte, benzersiz termal jel özellikleri göstererek seyreltik alkali çözelti, su, alkol ve aromatik hidrokarbon çözücü içinde çözülebilir. [196]. CMC, doğal selülozun alkalileştirme ve asitleştirme yoluyla elde edilen anyonik bir selüloz eterdir.

Suda çözünebilen, en yaygın kullanılan ve kullanılan selüloz eterdir [197]. Selülozun alkalileştirilmesi ve eterleştirilmesiyle elde edilen bir hidroksialkil selüloz eteri olan HPC, iyi bir termoplastisiteye sahiptir ve ayrıca termal jel özellikleri sergiler ve jel sıcaklığı, hidroksipropil ikamesinin derecesinden önemli ölçüde etkilenir [198]. Önemli bir karışık eter olan HPMC de termal jel özelliklerine sahiptir ve jel özellikleri, iki ikame edici ve bunların oranlarıyla ilişkilidir [199].

1.2.2.2 Hidroksipropil metilselüloz yapısı

Moleküler yapısı Şekil 1-3'te gösterilen hidroksipropil metil selüloz (HPMC), tipik bir iyonik olmayan suda çözünür selüloz karışık eterdir. [200,201]'i elde etmek için metil klorür ve propilen oksidin eterifikasyon reaksiyonu gerçekleştirilir ve kimyasal reaksiyon denklemi Şekil 1-4'te gösterilir.

HPMC'nin yapısal biriminde aynı anda hidroksi propoksi (-[OCH2CH(CH3)]nOH), metoksi (-OCH3) ve reaksiyona girmemiş hidroksil grupları bulunur ve performansı çeşitli grupların ortak etkisinin yansımasıdır. [202]. İki ikame edici arasındaki oran, iki eterleştirici maddenin kütle oranı, sodyum hidroksitin konsantrasyonu ve kütlesi ve eterleştirici maddelerin selülozun birim kütlesi başına kütle oranı ile belirlenir [203]. Hidroksi propoksi, ayrıca alkile edilebilen ve hidroksi alkile edilebilen aktif bir gruptur; bu grup, zincir içinde plastikleşmede belli bir rol oynayan, uzun dallı zincire sahip hidrofilik bir gruptur. Metoksi, reaksiyondan sonra bu reaksiyon bölgesinin inaktivasyonuna yol açan bir uç başlık grubudur; bu grup hidrofobik bir gruptur ve nispeten kısa bir yapıya sahiptir [204, 205]. Reaksiyona girmemiş ve yeni eklenen hidroksil grupları ikame edilmeye devam edebilir, bu da oldukça karmaşık bir nihai kimyasal yapıya neden olur ve HPMC özellikleri belirli bir aralık içinde değişiklik gösterir. HPMC için az miktarda ikame, fizikokimyasal özelliklerini oldukça farklı hale getirebilir [206], örneğin, yüksek metoksi ve düşük hidroksipropil HPMC'nin fizikokimyasal özellikleri MC'ye yakındır; HPMC'nin performansı HPC'nin performansına yakındır.

1.2.2.3 Hidroksipropil metilselülozun özellikleri

(1) HPMC'nin Termojellenebilirliği

HPMC zinciri, hidrofobik-metil ve hidrofilik-hidroksipropil gruplarının eklenmesi nedeniyle benzersiz hidrasyon-dehidrasyon özelliklerine sahiptir. Isıtıldığında yavaş yavaş jelleşme dönüşümüne uğrar ve soğuduktan sonra çözelti durumuna geri döner. Yani termal olarak indüklenen jel özelliklerine sahiptir ve jelleşme olgusu tersine çevrilebilir fakat aynı olmayan bir süreçtir.

HPMC'nin jelleşme mekanizması ile ilgili olarak, daha düşük sıcaklıklarda (jelleşme sıcaklığının altında), çözeltideki HPMC'nin ve polar su moleküllerinin, "kuş kafesi" benzeri bir supramoleküler yapı oluşturmak üzere hidrojen bağları ile birbirine bağlandığı yaygın olarak kabul edilmektedir. Hidratlanmış HPMC'nin moleküler zincirleri arasında bazı basit dolaşıklıklar vardır, bunun dışında çok az başka etkileşim vardır. Sıcaklık arttığında, HPMC ilk önce su molekülleri ile HPMC molekülleri arasındaki moleküller arası hidrojen bağlarını kırmak için enerjiyi emer, kafes benzeri moleküler yapıyı yok eder, moleküler zincirdeki bağlı suyu yavaş yavaş kaybeder ve hidroksipropil ve metoksi gruplarını açığa çıkarır. Sıcaklık artmaya devam ettikçe (jel sıcaklığına ulaşmak için), HPMC molekülleri yavaş yavaş hidrofobik birleşme yoluyla üç boyutlu bir ağ yapısı oluşturur ve sonunda HPMC jelleri oluşur [160, 207, 208].

İnorganik tuzların eklenmesi, HPMC'nin jel sıcaklığı üzerinde bir miktar etkiye sahiptir, bazıları tuzlanma fenomeni nedeniyle jel sıcaklığını düşürür, diğerleri ise tuzun çözünmesi fenomeni nedeniyle jel sıcaklığını arttırır [209]. NaCl gibi tuzların eklenmesiyle tuzlanma olgusu meydana gelir ve HPMC'nin jel sıcaklığı düşer [210, 211]. HPMC'ye tuzlar eklendikten sonra, su molekülleri tuz iyonlarıyla birleşmeye daha yatkın hale gelir, böylece su molekülleri ile HPMC arasındaki hidrojen bağı yok edilir, HPMC molekülleri etrafındaki su tabakası tüketilir ve HPMC molekülleri bir süreliğine hızla serbest bırakılabilir. hidrofobiklik. Dernek, jel oluşumunun sıcaklığı giderek azalır. Aksine, NaSCN gibi tuzlar eklendiğinde tuzun çözünmesi olayı meydana gelir ve HPMC'nin jel sıcaklığı artar [212]. Anyonların jel sıcaklığı üzerindeki azalan etkisinin sırası şu şekildedir: SO42− > S2O32− > H2PO4− > F− > Cl− > Br− > NO3−> I− > ClO4− > SCN− , katyonların jel sıcaklığı üzerindeki sırası jel sıcaklığı artışı şu şekildedir: Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Ba2+ [213].

Hidroksil grupları içeren monohidrik alkoller gibi bazı organik küçük moleküller eklendiğinde, ilave miktarı arttıkça jel sıcaklığı artar, maksimum değer gösterir ve daha sonra faz ayrımı oluşana kadar düşer [214, 215]. Bunun temel nedeni, büyüklük sırasına göre su molekülleriyle karşılaştırılabilen ve bileşik oluşturma sonrasında moleküler düzeyde karışabilirliğe ulaşabilen küçük molekül ağırlığından kaynaklanmaktadır.

(2) HPMC'nin Çözünürlüğü

HPMC, MC'ye benzer şekilde sıcak suda çözünmez ve soğuk suda çözünür özelliklere sahiptir, ancak farklı suda çözünürlüklere göre soğuk dağılım tipi ve sıcak dağılım tipine ayrılabilir [203]. Soğukta dağılmış HPMC, soğuk suda hızla dağılabilir ve bir süre sonra viskozitesi artar ve suda gerçekten çözünür; aksine, ısıyla dağılmış HPMC, daha düşük sıcaklıkta su eklenirken topaklanma gösterir, ancak eklenmesi daha zordur. Yüksek sıcaklıktaki suda, HPMC hızlı bir şekilde dağılabilir ve sıcaklık düştükten sonra viskozite artarak gerçek bir HPMC sulu çözeltisi haline gelir. HPMC'nin sudaki çözünürlüğü, yüksekten düşüğe doğru 85 °C, 65 °C ve 60 °C'nin üzerindeki sıcak suda çözünmeyen metoksi gruplarının içeriği ile ilgilidir. Genel olarak HPMC, aseton ve kloroform gibi organik çözücülerde çözünmez, ancak etanol sulu çözeltisinde ve karışık organik çözeltilerde çözünür.

(3) HPMC'nin tuz toleransı

HPMC'nin iyonik olmayan yapısı onun suda iyonlaşamamasına neden olur, dolayısıyla metal iyonlarıyla reaksiyona girerek çökelmez. Ancak tuzun eklenmesi HPMC jelinin oluştuğu sıcaklığı etkileyecektir. Tuz konsantrasyonu arttığında HPMC'nin jel sıcaklığı düşer; tuz konsantrasyonu topaklanma noktasından düşük olduğunda HPMC çözeltisinin viskozitesi arttırılabilir, böylece uygulamada uygun miktarda tuz eklenerek koyulaştırma amacına ulaşılabilir [210, 216].

(4) HPMC'nin asit ve alkali direnci

Genel olarak HPMC güçlü asit-baz stabilitesine sahiptir ve pH 2-12'de pH'dan etkilenmez. HPMC, belirli bir seyreltik asit derecesine karşı direnç gösterir, ancak konsantre asit için viskozitede azalma eğilimi gösterir; alkalilerin bunun üzerinde çok az etkisi vardır, ancak çözelti viskozitesini hafifçe artırabilir ve ardından yavaş yavaş azaltabilir [217, 218].

(5) HPMC viskozitesinin etki faktörü

HPMC psödoplastiktir, çözeltisi oda sıcaklığında stabildir ve viskozitesi moleküler ağırlık, konsantrasyon ve sıcaklıktan etkilenir. Aynı konsantrasyonda, HPMC molekül ağırlığı ne kadar yüksek olursa viskozite de o kadar yüksek olur; aynı moleküler ağırlıktaki ürün için HPMC konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa viskozite de o kadar yüksek olur; HPMC ürününün viskozitesi sıcaklığın artmasıyla azalır ve jelleşme nedeniyle viskozitede ani bir artışla jel oluşum sıcaklığına ulaşır [9, 219, 220].

(6) HPMC'nin diğer özellikleri

HPMC, enzimlere karşı güçlü bir dirence sahiptir ve enzimlere karşı direnci, ikame derecesi ile artar. Bu nedenle ürün depolama sırasında diğer şeker ürünlerine göre daha stabil bir kaliteye sahiptir [189, 212]. HPMC'nin belirli emülsifiye edici özellikleri vardır. Hidrofobik metoksi grupları, koruyucu bir tabaka görevi görebilen kalın bir adsorpsiyon tabakası oluşturmak üzere emülsiyondaki yağ fazının yüzeyine adsorbe edilebilir; suda çözünür hidroksil grupları, sürekli fazı iyileştirmek için suyla birleştirilebilir. Viskozite, dağılmış fazın birleşmesini engeller, yüzey gerilimini azaltır ve emülsiyonu stabilize eder [221]. HPMC, tek biçimli ve şeffaf bir çözelti oluşturmak için jelatin, metilselüloz, keçiboynuzu zamkı, karragenan ve arap zamkı gibi suda çözünür polimerlerle karıştırılabilir ve ayrıca gliserin ve polietilen glikol gibi plastikleştiricilerle de karıştırılabilir. [200, 201, 214].

1.2.2.4 Hidroksipropil metilselülozun uygulanmasında mevcut problemler

Birincisi, yüksek fiyat, HPMC'nin geniş uygulamasını sınırlamaktadır. HPMC filmi iyi bir şeffaflığa, yağ bariyeri özelliklerine ve mekanik özelliklere sahip olmasına rağmen. Bununla birlikte, yüksek fiyatı (yaklaşık 100.000/ton), kapsüller gibi daha yüksek değerli farmasötik uygulamalarda bile geniş uygulamasını sınırlamaktadır. HPMC'nin bu kadar pahalı olmasının nedeni öncelikle HPMC'yi hazırlamak için kullanılan hammadde olan selülozun nispeten pahalı olmasıdır. Ayrıca iki ikame grubu, hidroksipropil grubu ve metoksi grubu aynı anda HPMC'ye aşılanır ve bu da hazırlama sürecini oldukça zorlaştırır. Karmaşık olduğundan HPMC ürünleri daha pahalıdır.

İkincisi, HPMC'nin düşük sıcaklıklardaki düşük viskozitesi ve düşük jel mukavemeti özellikleri, çeşitli uygulamalarda işlenebilirliğini azaltır. HPMC, düşük sıcaklıkta çok düşük viskoziteyle çözelti halinde bulunan ve yüksek sıcaklıkta viskoz katı benzeri bir jel oluşturabilen termal bir jeldir, bu nedenle kaplama, püskürtme ve daldırma gibi işleme işlemlerinin yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilmesi gerekir. . Aksi takdirde çözelti kolayca aşağıya akacak ve bunun sonucunda ürünün kalitesini ve performansını etkileyecek şekilde düzgün olmayan film malzemesi oluşacaktır. Bu tür yüksek sıcaklıktaki operasyon, operasyonun zorluk katsayısını artırarak üretimde yüksek enerji tüketimine ve yüksek üretim maliyetine neden olur.

1.2.3 Hidroksipropil nişasta soğuk jeli

Nişasta, bitkilerin doğal ortamda fotosentezi ile sentezlenen doğal bir polimer bileşiğidir. Onu oluşturan polisakkaritler genellikle proteinler, lifler, yağlar, şekerler ve minerallerle birlikte bitkilerin tohumlarında ve yumrularında granül formunda depolanır. veya kökte [222]. Nişasta sadece insanlar için temel enerji alımı kaynağı değil, aynı zamanda önemli bir endüstriyel hammaddedir. Geniş kaynağı, düşük fiyatı, yeşil, doğal ve yenilenebilir olması nedeniyle gıda ve ilaç, fermantasyon, kağıt yapımı, tekstil ve petrol endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır [223].

1.2.3.1 Nişasta ve türevleri

Nişasta, yapısal birimi a-D-anhidroglikoz birimi olan doğal bir yüksek polimerdir. Farklı birimler glikozidik bağlarla bağlanır ve moleküler formülü (C6H10O5) n'dir. Nişasta granüllerindeki moleküler zincirin bir kısmı, doğrusal amiloz olan a-1,4 glikosidik bağlarla bağlanır; Moleküler zincirin başka bir kısmı bu temelde a-1,6 glikosidik bağlarla bağlanır, bu da dallanmış amilopektindir [224]. Nişasta granüllerinde moleküllerin düzenli bir şekilde dizildiği kristal bölgeler ve moleküllerin düzensiz dizildiği amorf bölgeler bulunur. parça kompozisyonu. Kristal bölge ile amorf bölge arasında net bir sınır yoktur ve amilopektin molekülleri birden fazla kristal bölge ve amorf bölgeden geçebilir. Nişasta sentezinin doğal doğasına bağlı olarak, nişastadaki polisakkarit yapısı bitki türüne ve kaynak bölgelerine göre değişir [225].

Nişasta, geniş kaynağı ve yenilenebilir özellikleri nedeniyle endüstriyel üretim için önemli hammaddelerden biri haline gelse de, doğal nişasta genellikle suda çözünürlüğünün ve film oluşturma özelliklerinin zayıf olması, emülsiyon oluşturma ve jelleşme özelliklerinin düşük olması ve stabilitenin yetersiz olması gibi dezavantajlara sahiptir. Uygulama aralığını genişletmek için nişasta genellikle farklı uygulama gereksinimlerine uyum sağlayacak şekilde fizikokimyasal olarak değiştirilmektedir [38, 114]. Nişasta moleküllerindeki her glikoz yapı biriminde üç serbest hidroksil grubu vardır. Bu hidroksil grupları oldukça aktiftir ve nişastaya, nişasta denatürasyon reaksiyonu olasılığını sağlayan poliollere benzer özellikler kazandırır.

Modifikasyondan sonra, doğal nişastanın bazı özellikleri, doğal nişastanın kullanım kusurlarının üstesinden gelerek büyük ölçüde iyileştirilmiştir, dolayısıyla modifiye nişasta mevcut endüstride çok önemli bir rol oynamaktadır [226]. Oxidized starch is one of the most widely used modified starches with relatively mature technology. Compared with native starch, oxidized starch is easier to gelatinize. Yüksek yapışmanın avantajları. Esterified starch is a starch derivative formed by esterification of hydroxyl groups in starch molecules. A very low degree of substitution can significantly change the properties of native starch. The transparency and film-forming properties of starch paste are obviously improved. Eterleştirilmiş nişasta, nişasta moleküllerindeki hidroksil gruplarının polisstark eter oluşturmak için eterifikasyon reaksiyonudur ve retrogradasyonu zayıflatılır. Oksitlenmiş nişasta ve esterleştirilmiş nişastanın kullanılamadığı güçlü alkali koşullar altında eter bağı da nispeten stabil kalabilir. Hidrolize eğilimli. Asitle modifiye edilmiş nişasta, nişasta, amiloz içeriğini arttırmak için asitle işlenir, bu da gelişmiş retrogradasyon ve nişasta hamuruyla sonuçlanır. Nispeten şeffaftır ve soğuduğunda katı bir jel oluşturur [114].

1.2.3.2 Hidroksipropil nişasta yapısı

Moleküler yapısı Şekil 1-4'te gösterilen hidroksipropil nişasta (HPS), propilen oksidin nişasta ile alkalin koşullar altında eterifikasyon reaksiyonuyla hazırlanan iyonik olmayan bir nişasta eteridir [223, 227, 228] ve kimyasal reaksiyon denklemi Şekil 1-6'da gösterilmektedir.

HPS'nin sentezi sırasında, hidroksipropil nişastayı oluşturmak için nişasta ile reaksiyona girmenin yanı sıra, propilen oksit, polioksipropil yan zincirleri oluşturmak için üretilen hidroksipropil nişastayla da reaksiyona girebilir. ikame derecesi. İkame derecesi (DS), glukozil grubu başına ikame edilmiş hidroksil gruplarının ortalama sayısını belirtir. Nişastanın glikozil gruplarının çoğu değiştirilebilen 3 hidroksil grubu içerir, dolayısıyla maksimum DS 3'tür. Molar ikame derecesi (MS), glikozil grubunun molü başına ikame edicilerin ortalama kütlesini ifade eder [223, 229]. Hidroksipropilasyon reaksiyonunun işlem koşulları, nişasta granül morfolojisi ve doğal nişastadaki amilozun amilopektine oranının tamamı MS'nin boyutunu etkiler.

1.2.3.3 Hidroksipropil nişastanın özellikleri

(1) HPS'nin soğuk jelleşmesi

Sıcak HPS nişasta ezmesi için, özellikle yüksek amiloz içeriğine sahip sistem için, soğutma işlemi sırasında, nişasta ezmesindeki amiloz moleküler zincirleri, üç boyutlu bir ağ yapısı oluşturmak üzere birbirine karışır ve belirgin katı benzeri davranış gösterir. Bir elastomer haline gelir, bir jel oluşturur ve yeniden ısıtıldıktan sonra çözelti durumuna dönebilir, yani soğuk jel özelliklerine sahiptir ve bu jel olgusu geri dönüşümlü özelliklere sahiptir [228].

Jelatinleştirilmiş amiloz, eş eksenli tek sarmal bir yapı oluşturacak şekilde sürekli olarak sarılır. Bu tek sarmal yapıların dış kısmı hidrofilik bir grup, iç kısmı ise hidrofobik bir boşluktur. Yüksek sıcaklıkta, HPS sulu çözeltide bazı tek sarmal bölümlerin uzandığı rastgele bobinler halinde bulunur. Sıcaklık düşürüldüğünde, HPS ile su arasındaki hidrojen bağları kırılır, yapısal su kaybolur ve moleküler zincirler arasındaki hidrojen bağları sürekli olarak oluşturularak sonunda üç boyutlu bir ağ jel yapısı oluşturulur. Nişastanın jel ağındaki doldurma fazı, jelatinizasyondan sonra kalan nişasta granülleri veya fragmanlarıdır ve bazı amilopektinin iç içe geçmesi de jel oluşumuna katkıda bulunur [230-232].

(2) HPS'nin hidrofilikliği

Hidrofilik hidroksipropil gruplarının eklenmesi, nişasta molekülleri arasındaki hidrojen bağlarının gücünü zayıflatır, nişasta moleküllerinin veya bölümlerinin hareketini destekler ve nişasta mikrokristallerinin erime sıcaklığını azaltır; Nişasta granüllerinin yapısı değişir ve nişasta granüllerinin yüzeyi pürüzlü hale gelir Sıcaklık arttıkça bazı çatlaklar veya delikler ortaya çıkar, böylece su molekülleri nişasta granüllerinin iç kısmına kolayca girebilir, bu da nişastanın şişmesini ve jelatinleşmesini kolaylaştırır, böylece nişastanın jelatinleşme sıcaklığı düşer. İkame derecesi arttıkça hidroksipropil nişastanın jelatinleşme sıcaklığı düşer ve sonunda soğuk suda şişebilir. Hidroksipropilasyondan sonra nişasta macunlarının akışkanlığı, düşük sıcaklık stabilitesi, şeffaflığı, çözünürlüğü ve film oluşturucu özellikleri iyileştirildi [233-235].

(3) HPS'nin kararlılığı

HPS, yüksek stabiliteye sahip iyonik olmayan bir nişasta eteridir. Hidroliz, oksidasyon ve çapraz bağlanma gibi kimyasal reaksiyonlar sırasında eter bağı kopmaz ve ikame ediciler düşmez. Bu nedenle, HPS'nin özellikleri elektrolitlerden ve pH'tan nispeten daha az etkilenir ve bu da onun geniş bir asit-baz pH aralığında kullanılabilmesini sağlar [236-238].

1.2.3.4 HPS'nin gıda ve ilaç alanında uygulanması

HPS toksik değildir ve tatsızdır, iyi sindirim performansına ve nispeten düşük hidrolizat viskozitesine sahiptir. Yurt içinde ve yurt dışında güvenli yenilebilir modifiye nişasta olarak tanınmaktadır. 1950'li yılların başlarında Amerika Birleşik Devletleri hidroksipropil nişastanın gıdada doğrudan kullanımını onayladı [223, 229, 238]. HPS, gıda alanında yaygın olarak kullanılan, esas olarak koyulaştırıcı madde, süspansiyon maddesi ve stabilizatör olarak kullanılan değiştirilmiş bir nişastadır.

Hazır yiyeceklerde ve içecek, dondurma, reçel gibi dondurulmuş gıdalarda; kısmen jelatin gibi yüksek fiyatlı yenilebilir sakızların yerini alabilir; yenilebilir filmlere dönüştürülebilir ve gıda kaplamaları ve ambalajları olarak kullanılabilir [229, 236].

HPS tıp alanında dolgu maddeleri, tıbbi ürünler için bağlayıcılar, tabletler için parçalayıcılar, farmasötik yumuşak ve sert kapsüller için malzemeler, ilaç kaplamaları, yapay kırmızı kan hücreleri için yoğunlaşmayı önleyici maddeler ve plazma koyulaştırıcılar vb. olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. [239] .

1.3 Polimer Bileşimi

Polimer malzemeler hayatın her alanında yaygın olarak kullanılan vazgeçilmez ve önemli malzemelerdir. Bilim ve teknolojinin sürekli gelişimi, insanların gereksinimlerini giderek daha çeşitli hale getirmekte ve tek bileşenli polimer malzemelerin insanların çeşitli uygulama gereksinimlerini karşılaması genellikle zordur. İki veya daha fazla polimerin birleştirilmesi, düşük fiyatlı, mükemmel performansa sahip, kolay işlenebilen ve geniş uygulama alanına sahip polimer malzemeler elde etmenin en ekonomik ve etkili yöntemi olup, birçok araştırmacının ilgisini çekmiş ve giderek daha fazla ilgi görmeye başlamıştır [240-242]. .

1.3.1 Polimer bileşiğinin amacı ve yöntemi

Polimer birleştirmenin temel amacı: (l) Malzemelerin kapsamlı özelliklerini optimize etmek. Farklı polimerler birleştirilir, böylece nihai bileşik tek bir makromolekülün mükemmel özelliklerini korur, birbirlerinin güçlü yönlerinden öğrenir ve zayıf yönlerini tamamlar ve polimer malzemelerin kapsamlı özelliklerini optimize eder. (2) Malzeme maliyetini azaltın. Bazı polimer malzemeler mükemmel özelliklere sahiptir ancak pahalıdırlar. Bu nedenle, kullanımı etkilemeden maliyetleri azaltmak için diğer ucuz polimerlerle birleştirilebilirler. (3) Malzeme işleme özelliklerini geliştirin. Bazı malzemeler mükemmel özelliklere sahiptir ancak işlenmesi zordur ve bunların işlenme özelliklerini geliştirmek için uygun diğer polimerler eklenebilir. (4) Malzemenin belirli bir özelliğini güçlendirmek. Malzemenin performansını belirli bir açıdan geliştirmek amacıyla, onu değiştirmek için başka bir polimer kullanılır. (5) Malzemelerin yeni işlevlerini geliştirin.

Yaygın polimer birleştirme yöntemleri: (l) Eriterek birleştirme. Bileşim ekipmanının kesme etkisi altında, farklı polimerler bileşim için viskoz akış sıcaklığının üzerine ısıtılır ve daha sonra bileşimden sonra soğutulur ve granüle edilir. (2) Çözeltinin yeniden yapılandırılması. İki bileşen, ortak bir çözücü kullanılarak karıştırılır ve harmanlanır veya çözünmüş farklı polimer çözeltileri eşit şekilde karıştırılır ve daha sonra çözücü, bir polimer bileşiği elde etmek için çıkarılır. (3) Emülsiyon bileşimi. Aynı emülgatör tipindeki farklı polimer emülsiyonlarının karıştırılması ve karıştırılmasından sonra, bir polimer bileşiği elde etmek üzere polimerin birlikte çökeltilmesi için bir pıhtılaştırıcı eklenir. (4) Kopolimerizasyon ve bileşik oluşturma. Aşı kopolimerizasyonu, blok kopolimerizasyonu ve reaktif kopolimerizasyonu içeren bileşik oluşturma işlemine kimyasal reaksiyon eşlik eder. (5) İç içe geçen ağ [10].

1.3.2 Doğal polisakkaritlerin bileşiği

Doğal polisakkaritler, genellikle kimyasal olarak modifiye edilmiş ve çeşitli mükemmel özellikler sergileyen, doğadaki yaygın bir polimer malzeme sınıfıdır. Bununla birlikte, tek polisakkarit materyallerin çoğu zaman belirli performans sınırlamaları vardır; bu nedenle, her bir bileşenin performans avantajlarını tamamlamak ve uygulama kapsamını genişletmek amacına ulaşmak için farklı polisakkaritler sıklıkla birleştirilir. 1980'lerin başlarında, farklı doğal polisakkaritlerin birleştirilmesine ilişkin araştırmalar önemli ölçüde arttı [243]. Yurt içi ve yurt dışında doğal polisakkarit bileşik sistemi üzerine yapılan araştırmalar çoğunlukla curdlan ve curdlan olmayan bileşik sistemi ile iki tür pıhtı dışı polisakkaritin bileşik sistemi üzerine odaklanmaktadır.

1.3.2.1 Doğal polisakkarit hidrojellerin sınıflandırılması

Doğal polisakaritler, jel oluşturma yeteneklerine göre curdlan ve curdlan olmayan olarak ikiye ayrılabilir. Bazı polisakkaritler kendi başlarına jeller oluşturabilirler, bu nedenle bunlara karragenan vb. gibi curdlan adı verilir; diğerlerinin jelleşme özelliği yoktur ve ksantan zamkı gibi pıhtılaşmamış polisakkaritler olarak adlandırılırlar.

Hidrojeller, doğal curdlanın sulu bir çözelti içinde çözülmesiyle elde edilebilir. Ortaya çıkan jelin ısıyla tersinirliğine ve modülünün sıcaklığa bağımlılığına dayanarak, aşağıdaki dört farklı türe ayrılabilir [244]:

(1) Kriyojel, polisakkarit çözeltisi, karageenan gibi yalnızca düşük sıcaklıkta jel elde edebilir.

(2) Termal olarak indüklenen jel, polisakkarit çözeltisi, glikomannan gibi yalnızca yüksek sıcaklıkta jel elde edebilir.

(3) Polisakkarit çözeltisi yalnızca düşük sıcaklıkta jel elde etmekle kalmaz, aynı zamanda daha yüksek sıcaklıkta jel de elde edebilir, aynı zamanda orta sıcaklıkta bir çözelti durumu sunar.

(4) Çözelti ancak ortada belirli bir sıcaklıkta jel elde edebilir. Farklı doğal curdlanın kendi kritik (minimum) konsantrasyonu vardır ve bunun üzerinde jel elde edilebilir. Jelin kritik konsantrasyonu polisakkarit moleküler zincirinin sürekli uzunluğu ile ilgilidir; Jelin gücü, çözeltinin konsantrasyonundan ve moleküler ağırlığından büyük ölçüde etkilenir ve genellikle konsantrasyon arttıkça jelin gücü de artar [245].

1.3.2.2 Curdlan ve curdlan olmayanın bileşik sistemi

Curdlan olmayanın curdlan ile birleştirilmesi genellikle polisakkaritlerin jel gücünü arttırır [246]. Konjak sakızı ve karragenan bileşiği, kompozit jel ağ yapısının stabilitesini ve jel elastikiyetini arttırır ve jel mukavemetini önemli ölçüde artırır. Wei Yu ve diğerleri. karragenan ve konjak zamkını birleştirdi ve bileşik oluşturma sonrasındaki jel yapısını tartıştı. Çalışma, karragenan ve konjak zamkının bileşikleştirilmesinden sonra sinerjistik bir etki oluştuğunu ve karragenanın hakim olduğu bir ağ yapısının oluştuğunu, konjak zamkının içinde dağıldığını ve jel ağının saf karragenandan daha yoğun olduğunu bulmuştur [247]. Kohyama ve ark. karragenan/konjak sakızının bileşik sistemini inceledi ve sonuçlar, konjak sakızının moleküler ağırlığının sürekli artmasıyla birlikte kompozit jelin kopma geriliminin artmaya devam ettiğini gösterdi; Farklı molekül ağırlıklarına sahip konjak sakızı benzer jel oluşumu göstermiştir. sıcaklık. Bu bileşik sistemde, jel ağının oluşumu karragenan tarafından gerçekleştirilir ve iki curdlan molekülü arasındaki etkileşim, zayıf çapraz bağlı bölgelerin oluşumuyla sonuçlanır [248]. Nishinari ve ark. gellan sakızı/konjak sakızı bileşiği sistemini inceledi ve sonuçlar, tek değerlikli katyonların bileşik jel üzerindeki etkisinin daha belirgin olduğunu gösterdi. Sistem modülünü ve jel oluşum sıcaklığını artırabilir. İki değerlikli katyonlar belirli bir dereceye kadar kompozit jel oluşumunu destekleyebilir ancak aşırı miktarları faz ayrılmasına neden olacak ve sistemin modülünü azaltacaktır [246]. Breneer ve ark. karragenan, keçiboynuzu zamkı ve konjak zamkının bileşimi üzerinde çalışmış ve karragenan, keçiboynuzu zamkı ve konjak zamkının sinerjistik etkiler üretebildiğini ve optimal oranın keçiboynuzu zamkı/karragenan 1:5.5, konjak zamkı/karragen 1:7 olduğunu bulmuştur. ve üçü bir araya getirildiğinde sinerjistik etki karragenan/konjak sakızınınkiyle aynıdır, bu da üçünün özel bir bileşiğinin olmadığını gösterir. etkileşim [249].

1.3.2.2 Curdlan olmayan iki bileşik sistem

Jel özelliklerine sahip olmayan iki doğal polisakkarit, bileşik oluşturma yoluyla jel özellikleri sergileyebilir ve jel ürünleri elde edilebilir [250]. Keçiboynuzu zamkı ile ksantan zamkının birleştirilmesi, yeni jellerin oluşumunu tetikleyen sinerjistik bir etki üretir [251]. Bileşim için konjak glukomannana ksantan zamkı eklenerek yeni bir jel ürünü de elde edilebilir [252]. Wei Yanxia ve ark. keçiboynuzu zamkı ve ksantan zamkı kompleksinin reolojik özelliklerini inceledi. Sonuçlar, keçiboynuzu zamkı ve ksantan zamkı bileşiğinin sinerjistik bir etki ürettiğini göstermektedir. Bileşik hacim oranı 4:6 olduğunda en güçlü sinerjistik etki ortaya çıkar [253]. Fitzsimons ve diğerleri. oda sıcaklığında ve ısıtma altında konjac glucomannan'ı ksantan zamkı ile birleştirdi. Sonuçlar, tüm bileşiklerin, ikisi arasındaki sinerjistik etkiyi yansıtan jel özellikleri sergilediğini gösterdi. Ksantan zamkının bileşim sıcaklığı ve yapısal durumu ikisi arasındaki etkileşimi etkilememiştir [254]. Guo Shoujun ve diğerleri, domuz dışkısı fasulye sakızı ve ksantan sakızının orijinal karışımını incelediler ve sonuçlar, domuz dışkısı fasulye sakızı ve ksantan sakızının güçlü bir sinerjistik etkiye sahip olduğunu gösterdi. Domuz dışkısı fasulye sakızı ve ksantan sakızı bileşiği yapıştırıcısının optimal bileşik oranı 6/4'tür (a/a). Bu, tek soya fasulyesi sakızı çözeltisinin 102 katıdır ve bileşik sakızın konsantrasyonu %0,4'e ulaştığında jel oluşur. Bileşik yapıştırıcının yüksek viskozitesi, iyi stabilitesi ve reolojik özellikleri vardır ve mükemmel bir gıda sakızıdır [255].

1.3.3 Polimer kompozitlerin uyumluluğu

Uyumluluk, termodinamik açıdan, karşılıklı çözünürlük olarak da bilinen moleküler düzeyde uyumluluğa ulaşmayı ifade eder. Flory-Huggins model teorisine göre, bileşik oluşturma işlemi sırasında polimer bileşik sisteminin serbest enerji değişimi Gibbs serbest enerji formülüne uygundur:

△������—T△S (1-1)

Bunlar arasında △���karmaşık serbest enerjidir, △���karmaşık ısıdır, karmaşık entropidir; mutlak sıcaklıktır; karmaşık sistem ancak serbest enerji değiştiğinde uyumlu bir sistemdir △���karmaşık süreç sırasında [256].

Karışabilirlik kavramı, çok az sayıda sistemin termodinamik uyumluluğa ulaşabilmesinden kaynaklanmaktadır. Karışabilirlik, farklı bileşenlerin homojen kompleksler oluşturma yeteneğini ifade eder ve yaygın olarak kullanılan kriter, komplekslerin tek bir cam geçiş noktası sergilemesidir.

Termodinamik uyumluluktan farklı olarak genelleştirilmiş uyumluluk, pratik bir bakış açısıyla önerilen bileşik sistemdeki her bir bileşenin birbirine uyum sağlama yeteneğini ifade eder [257].

Genelleştirilmiş uyumluluğa dayanarak, polimer bileşik sistemleri tamamen uyumlu, kısmen uyumlu ve tamamen uyumsuz sistemlere ayrılabilir. Tamamen uyumlu bir sistem, bileşiğin moleküler düzeyde termodinamik olarak karışabilir olduğu anlamına gelir; kısmen uyumlu bir sistem, bileşiğin belirli bir sıcaklık veya bileşim aralığı dahilinde uyumlu olduğu anlamına gelir; Tamamen uyumsuz bir sistem, bileşiğin moleküler seviyede karışabilirliğin herhangi bir sıcaklıkta veya bileşimde elde edilemeyeceği anlamına gelir.

Farklı polimerler arasındaki belirli yapısal farklılıklar ve konformasyonel entropi nedeniyle çoğu polimer kompleks sistemi kısmen uyumludur veya uyumsuzdur [11, 12]. Bileşik sistemin faz ayrımına ve karıştırma seviyesine bağlı olarak kısmen uyumlu sistemin uyumluluğu da büyük ölçüde değişecektir [11]. Polimer kompozitlerin makroskobik özellikleri, iç mikroskobik morfolojileri ve her bir bileşenin fiziksel ve kimyasal özellikleriyle yakından ilişkilidir. 240], bu nedenle bileşik sistemin mikroskobik morfolojisini ve uyumluluğunu incelemek büyük önem taşımaktadır.

İkili Bileşiklerin Uyumluluğuna İlişkin Araştırma ve Karakterizasyon Yöntemleri:

(1) Cam geçiş sıcaklığı T���karşılaştırma yöntemi. T'nin karşılaştırılması���T ile bileşiğin���bileşenlerinin sayısı, yalnızca bir T ise���bileşikte görüldüğü gibi bileşik sistem uyumlu bir sistemdir; eğer iki T varsa������Bileşiğin pozisyonları iki gruptadır T noktalarının ortası���bileşik sistemin kısmen uyumlu bir sistem olduğunu belirtir; eğer iki T varsa���ve iki T bileşeninin konumlarında bulunurlar.���Bileşik sistemin uyumsuz bir sistem olduğunu gösterir.

T���Karşılaştırma yönteminde sıklıkla kullanılan test cihazları dinamik termomekanik analiz cihazı (DMA) ve diferansiyel taramalı kalorimetredir (DSC). Bu yöntem, bileşik sistemin uyumluluğunu hızlı bir şekilde değerlendirebilir, ancak eğer T���iki bileşenin benzer olması, tek bir T���bileşikleştirme sonrasında da ortaya çıkacağından bu yöntemin bazı eksiklikleri vardır [10].

(2) Morfolojik gözlem yöntemi. İlk olarak bileşiğin makroskopik morfolojisini gözlemleyin. Bileşiğin belirgin bir faz ayrımı varsa, bileşik sisteminin uyumsuz bir sistem olduğu konusunda ön yargıya varılabilir. İkinci olarak bileşiğin mikroskobik morfolojisi ve faz yapısı mikroskopla incelenir. Tamamen uyumlu olan iki bileşen homojen bir durum oluşturacaktır. Bu nedenle, iyi uyumluluğa sahip bileşik, düzgün faz dağılımını ve küçük dağınık faz parçacık boyutunu gözlemleyebilir. ve bulanık arayüz.

Topografya gözlem yönteminde sıklıkla kullanılan test cihazları optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobudur (SEM). Topografya gözlem yöntemi diğer karakterizasyon yöntemleriyle birlikte yardımcı bir yöntem olarak kullanılabilir.

(3) Şeffaflık yöntemi. Kısmen uyumlu bir bileşik sisteminde, iki bileşen belirli bir sıcaklık ve bileşim aralığı içinde uyumlu olabilir ve bu aralığın ötesinde faz ayrımı meydana gelir. Bileşik sistemin homojen bir sistemden iki fazlı bir sisteme dönüştürülmesi sürecinde ışık geçirgenliği değişeceğinden bileşiğin şeffaflığı incelenerek uyumluluğu incelenebilir.

Bu yöntem yalnızca yardımcı bir yöntem olarak kullanılabilir, çünkü iki polimerin kırılma indisleri aynı olduğunda uyumsuz iki polimerin birleştirilmesiyle elde edilen bileşik de şeffaftır.

(4) Reolojik yöntem. Bu yöntemde bileşiğin viskoelastik parametrelerindeki ani değişim, faz ayrılmasının işareti olarak kullanılır; örneğin, viskozite-sıcaklık eğrisindeki ani değişim, faz ayrılmasını işaretlemek için kullanılır ve görünürdeki ani değişim, faz ayrımının işareti olarak kullanılır. kayma gerilimi-sıcaklık eğrisi faz ayrımının işareti olarak kullanılır. The compounding system without phase separation after compounding has good compatibility, and those with phase separation are incompatible or partially compatible system [258].

(5) Han eğrisi yöntemi. Han'ın eğrisi lg'dir���'(���) lg G”, eğer bileşik sistemin Han eğrisi sıcaklığa bağlı değilse ve farklı sıcaklıklardaki Han eğrisi bir ana eğri oluşturuyorsa, bileşik sistem uyumludur; Bileşik sistem uyumluysa Han eğrisi sıcaklığa bağlıdır. Han eğrisi farklı sıcaklıklarda birbirinden ayrılıyor ve bir ana eğri oluşturamıyorsa bileşik sistem uyumsuz veya kısmen uyumludur. Bu nedenle bileşik sistemin uyumluluğu Han eğrisinin ayrımına göre değerlendirilebilir.

(6) Çözelti viskozitesi yöntemi. This method uses the change of solution viscosity to characterize the compatibility of the compound system. Under different solution concentrations, the viscosity of the compound is plotted against the composition. Doğrusal bir ilişki ise bileşik sistemin tamamen uyumlu olduğu anlamına gelir; doğrusal olmayan bir ilişki ise bileşik sistemin kısmen uyumlu olduğu anlamına gelir; eğer S şeklinde bir eğri ise bileşik sistemin tamamen uyumsuz olduğunu gösterir [10].

(7) Kızılötesi spektroskopi. İki polimer birleştirildikten sonra eğer uyumluluk iyiyse hidrojen bağları gibi etkileşimler olacak ve polimer zincirindeki her grubun kızılötesi spektrumundaki karakteristik grupların bant konumları kayacaktır. Kompleksin karakteristik grup bantlarının ve her bir bileşenin ofseti, karmaşık sistemin uyumluluğunu değerlendirebilir.

Ayrıca komplekslerin uyumluluğu termogravimetrik analizörler, X-ışını kırınımı, küçük açılı X-ışını saçılımı, ışık saçılımı, nötron elektron saçılımı, nükleer manyetik rezonans ve ultrasonik tekniklerle de incelenebilir [10].

1.3.4 Hidroksipropil metilselüloz/hidroksipropil nişasta bileşiğinin araştırma ilerlemesi

1.3.4.1 Hidroksipropil metilselüloz ve diğer maddelerin bileşikleri

HPMC bileşikleri ve diğer maddeler esas olarak ilaç kontrollü salım sistemlerinde ve yenilebilir veya bozunabilir film ambalaj malzemelerinde kullanılır. İlaç kontrollü salım uygulamasında, genellikle HPMC ile birleştirilen polimerler arasında polivinil alkol (PVA), laktik asit-glikolik asit kopolimeri (PLGA) ve polikaprolakton (PCL) gibi sentetik polimerlerin yanı sıra proteinler, Doğal polimerler, örneğin polisakkaritler. Abdel-Zaher ve ark. HPMC/PVA kompozitlerinin yapısal bileşimini, termal stabilitesini ve bunların performansıyla olan ilişkisini araştırmış ve sonuçlar, iki polimerin varlığında bir miktar karışabilirliğin olduğunu göstermiştir [259]. Zabihi ve ark. mide ve bağırsakta sürekli salınım sağlayabilen insülinin kontrollü ve sürekli salınımı için mikrokapsüller hazırlamak amacıyla HPMC/PLGA kompleksini kullanmıştır [260]. Javed ve ark. hidrofilik HPMC ve hidrofobik PCL'yi birleştirdi ve bileşik oranının ayarlanmasıyla insan vücudunun farklı kısımlarında salınabilen, ilaç kontrollü ve sürekli salım için mikrokapsül malzemeleri olarak HPMC/PCL komplekslerini kullandı [261]. Ding ve diğerleri. kontrollü ilaç salınımı alanında kullanılan HPMC/kollajen komplekslerinin viskozite, dinamik viskoelastisite, sürünme geri kazanımı ve tiksotropisi gibi reolojik özelliklerini incelemiş ve endüstriyel uygulamalar için teorik rehberlik sağlamıştır [262]. Arthanari, Cai ve Rai ve diğerleri. [263-265] HPMC ve kitosan, ksantan zamkı ve sodyum aljinat gibi polisakkaritlerin kompleksleri, aşı ve ilacın sürekli salım sürecinde uygulandı ve sonuçlar, kontrol edilebilir bir ilaç salım etkisi gösterdi [263-265].

In the development of edible or degradable film packaging materials, the polymers often compounded with HPMC are mainly natural polymers such as lipids, proteins and polysaccharides. Karaca, Fagundes ve Contreras-Oliva ve ark. prepared edible composite membranes with HPMC/lipid complexes, and used them in the preservation of plums, cherry tomatoes and citrus, respectively. Sonuçlar, HPMC/lipit kompleksi membranlarının taze tutmanın antibakteriyel etkisine iyi sahip olduğunu gösterdi [266-268]. Shetty, Rubilar ve Ding ve diğerleri. sırasıyla HPMC, ipek proteini, peynir altı suyu proteini izolatı ve kollajenden hazırlanan yenilebilir kompozit filmlerin bileşenleri arasındaki etkileşimleri, termal stabiliteyi, mikroyapıyı ve mekanik özellikleri inceledi [269-271]. Esteghlal ve ark. biyo bazlı ambalaj malzemelerinde kullanılmak üzere yenilebilir filmler hazırlamak için HPMC'yi jelatin ile formüle etti [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata ve Ortega-Toro ve diğerleri. sırasıyla HPMC/kitosan HPMC/ksiloglukan, HPMC/etil selüloz ve HPMC/nişasta yenilebilir kompozit filmleri hazırladı ve bunların termal stabilitesini, mekanik özelliklerini, mikro yapısını ve antibakteriyel özelliklerini inceledi [139, 272-274]. HPMC/PLA bileşiği aynı zamanda genellikle ekstrüzyon yoluyla gıda ürünleri için ambalaj malzemesi olarak da kullanılabilir [275].

In the development of edible or degradable film packaging materials, the polymers often compounded with HPMC are mainly natural polymers such as lipids, proteins and polysaccharides. Karaca, Fagundes ve Contreras-Oliva ve ark. prepared edible composite membranes with HPMC/lipid complexes, and used them in the preservation of plums, cherry tomatoes and citrus, respectively. Sonuçlar, HPMC/lipit kompleksi membranlarının taze tutmanın antibakteriyel etkisine iyi sahip olduğunu gösterdi [266-268]. Shetty, Rubilar ve Ding ve diğerleri. sırasıyla HPMC, ipek proteini, peynir altı suyu proteini izolatı ve kollajenden hazırlanan yenilebilir kompozit filmlerin bileşenleri arasındaki etkileşimleri, termal stabiliteyi, mikroyapıyı ve mekanik özellikleri inceledi [269-271]. Esteghlal ve ark. biyo bazlı ambalaj malzemelerinde kullanılmak üzere yenilebilir filmler hazırlamak için HPMC'yi jelatin ile formüle etti [111]. Priya, Kondaveeti, Sakata ve Ortega-Toro ve diğerleri. sırasıyla HPMC/kitosan HPMC/ksiloglukan, HPMC/etil selüloz ve HPMC/nişasta yenilebilir kompozit filmleri hazırladı ve bunların termal stabilitesini, mekanik özelliklerini, mikro yapısını ve antibakteriyel özelliklerini inceledi [139, 272-274]. HPMC/PLA bileşiği aynı zamanda genellikle ekstrüzyon yoluyla gıda ürünleri için ambalaj malzemesi olarak da kullanılabilir [275].

1.3.4.2 Nişasta ve diğer maddelerin birleştirilmesi

Nişasta ve diğer maddelerin birleştirilmesine ilişkin araştırmalar başlangıçta polilaktik asit (PLA), polikaprolakton (PCL), polibüten süksinik asit (PBSA) vb. dahil olmak üzere çeşitli hidrofobik alifatik polyester maddelere odaklanmıştır.276]. Müller ve ark. studied the structure and properties of starch/PLA composites and the interaction between the two, and the results showed that the interaction between the two was weak and the mechanical properties of the composites were poor [277]. Correa, Kömür ve Diaz-Gomez ve ark. biyobozunur malzemeler, biyomedikal Malzemeler ve Doku Mühendisliği İskele Malzemelerinin geliştirilmesinde uygulanan nişasta/PCL komplekslerinin iki bileşeninin mekanik özelliklerini, reolojik özelliklerini, jel özelliklerini ve uyumluluğunu inceledi [278-280]. Ohkika ve ark. mısır nişastası ve PBSA karışımının çok umut verici olduğunu buldu. Nişasta içeriği %5-30 olduğunda, nişasta granüllerinin içeriğini arttırmak modülü artırabilir ve çekme gerilimini ve kopma uzamasını azaltabilir [281,282]. Hidrofobik alifatik polyester, hidrofilik nişasta ile termodinamik olarak uyumsuzdur ve nişasta ile polyester arasındaki faz arayüzünü geliştirmek için genellikle çeşitli bağdaştırıcılar ve katkı maddeleri eklenir. Szadkowska, Ferri ve Li ve diğerleri. silanol bazlı plastikleştiricilerin, maleik anhidrit keten tohumu yağının ve işlevselleştirilmiş bitkisel yağ türevlerinin sırasıyla nişasta/PLA komplekslerinin yapısı ve özellikleri üzerindeki etkilerini araştırdı [283-285]. Ortega-Toro, Yu ve ark. malzeme özelliklerini ve stabilitesini geliştirmek için sırasıyla nişasta/PCL bileşiğini ve nişasta/PBSA bileşiğini uyumlu hale getirmek için sitrik asit ve difenilmetan diizosiyanat kullandılar [286, 287].

Son yıllarda nişastanın proteinler, polisakkaritler ve lipitler gibi doğal polimerlerle birleştirilmesi üzerine giderek daha fazla araştırma yapılmaktadır. Teklehaimanot, Sahin-Nadeen ve Zhang ve arkadaşları sırasıyla nişasta/zein, nişasta/peynir altı suyu proteini ve nişasta/jelatin komplekslerinin fizikokimyasal özelliklerini incelediler ve sonuçların tümü, gıda biyomateryallerine ve kapsüllere uygulanabilecek iyi sonuçlar elde etti [52, 288, 289]. Lozanno-Navarro, Talon ve Ren ve ark. sırasıyla nişasta/kitosan kompozit filmlerin ışık geçirgenliğini, mekanik özelliklerini, antibakteriyel özelliklerini ve kitosan konsantrasyonunu inceledi ve kompozit filmin antibakteriyel etkisini geliştirmek için doğal özler, çay polifenolleri ve diğer doğal antibakteriyel maddeler ekledi. Araştırma sonuçları, nişasta/kitosan kompozit filmin gıda ve ilaçların aktif ambalajlanmasında büyük potansiyele sahip olduğunu göstermektedir [290-292]. Kaushik, Ghanbarzadeh, Arvanitoyannis ve Zhang ve diğerleri. sırasıyla nişasta/selüloz nanokristalleri, nişasta/karboksimetilselüloz, nişasta/metilselüloz ve nişasta/hidroksipropilmetilselüloz kompozit filmlerin özelliklerini ve yenilebilir/biyobozunur ambalaj malzemelerindeki ana uygulamaları inceledi [293-295]. Dafe, Jumaidin ve Lascombes ve diğerleri. esas olarak gıda ve gıda ambalajlama alanında kullanılan nişasta/pektin, nişasta/agar ve nişasta/karragenan gibi nişasta/gıda sakızı bileşiklerini inceledi [296-298]. Tapyoka nişastası/mısır yağı, nişasta/lipit komplekslerinin fizikokimyasal özellikleri, esas olarak ekstrüde gıdaların üretim prosesine rehberlik etmek amacıyla Perez, De ve diğerleri tarafından incelenmiştir [299, 300].

1.3.4.3 Hidroksipropil metilselüloz ve nişastanın bileşiği

Şu anda, yurt içinde ve yurt dışında HPMC ve nişastanın bileşik sistemi üzerine çok fazla çalışma bulunmamaktadır ve bunların çoğu, nişastanın yaşlanma olgusunu iyileştirmek için nişasta matrisine az miktarda HPMC katmaktadır. Jimenez ve ark. nişasta membranlarının geçirgenliğini arttırmak amacıyla doğal nişastanın yaşlanmasını azaltmak için HPMC'yi kullandı. Sonuçlar, HPMC ilavesinin nişastanın yaşlanmasını azalttığını ve kompozit membranın esnekliğini arttırdığını gösterdi. Kompozit membranın oksijen geçirgenliği önemli ölçüde arttı ancak su geçirmezlik performansı artmadı. Ne kadar değişti [301]. Villacres, Basch ve ark. HPMC/nişasta kompozit film ambalaj malzemeleri hazırlamak için HPMC ve tapyoka nişastasını birleştirdi ve gliserinin kompozit film üzerindeki plastikleştirici etkisini ve potasyum sorbat ile nisinin kompozit filmin antibakteriyel özellikleri üzerindeki etkilerini inceledi. Sonuçlar HPMC içeriğinin artmasıyla birlikte kompozit filmin elastik modülünün ve çekme mukavemetinin arttığını, kopma uzamasının azaldığını ve su buharı geçirgenliğinin çok az etkiye sahip olduğunu göstermektedir; potasyum sorbat ve nisinin her ikisi de kompozit filmi iyileştirebilir. İki antibakteriyel maddenin antibakteriyel etkisi birlikte kullanıldığında daha iyidir [112, 302]. Ortega-Toro ve ark. HPMC/nişasta sıcak preslenmiş kompozit membranların özelliklerini inceledi ve sitrik asidin kompozit membranların özellikleri üzerindeki etkisini inceledi. Sonuçlar, HPMC'nin nişasta sürekli fazında dağıldığını ve hem sitrik asit hem de HPMC'nin nişastanın yaşlanması üzerinde etkili olduğunu gösterdi. belirli bir derecede inhibisyona kadar [139]. Ayorinde ve ark. oral amlodipinin kaplanması için HPMC/nişasta kompozit film kullanmış ve sonuçlar, kompozit filmin parçalanma süresinin ve salınım oranının çok iyi olduğunu göstermiştir [303].

Zhao Ming ve diğerleri. nişastanın HPMC filmlerinin su tutma oranı üzerindeki etkisini araştırmış ve sonuçlar nişasta ve HPMC'nin belirli bir sinerjistik etkiye sahip olduğunu ve bunun da su tutma oranında genel bir artışa yol açtığını göstermiştir [304]. Zhang ve diğerleri. HPMC/HPS bileşiğinin film özelliklerini ve çözeltinin reolojik özelliklerini inceledi. Sonuçlar, HPMC/HPS bileşik sisteminin belirli bir uyumluluğa sahip olduğunu, bileşik membran performansının iyi olduğunu ve HPS'nin HPMC'ye reolojik özelliklerinin iyi bir dengeleme etkisine sahip olduğunu göstermektedir [305, 306]. Yüksek HPMC içeriğine sahip HPMC/nişasta bileşiği sistemi üzerine az sayıda çalışma vardır ve bunların çoğu sığ performans araştırmalarındadır ve bileşik sistemi üzerine teorik araştırma nispeten eksiktir, özellikle HPMC/HPS soğuk-ısı ters çevrilmiş jeli fazlı kompozit jel. Mekanistik çalışmalar henüz boş durumdadır.

1.4 Polimer komplekslerinin reolojisi

Polimer malzemelerin işlenmesi sürecinde akış ve deformasyon kaçınılmaz olarak meydana gelecektir ve reoloji, malzemelerin akış ve deformasyon yasalarını inceleyen bilimdir [307]. Flow is a property of liquid materials, while deformation is a property of solid (crystalline) materials. Sıvı akışı ve katı deformasyonunun genel bir karşılaştırması aşağıdaki gibidir:

Polimer malzemelerin pratik endüstriyel uygulamalarında viskoziteleri ve viskoelastisiteleri işleme performanslarını belirler. In the process of processing and molding, with the change of shear rate, the viscosity of polymer materials may have a large magnitude of several orders of magnitude. [308]'i değiştirin. Viskozite ve kayma incelmesi gibi reolojik özellikler, polimer malzemelerin işlenmesi sırasında pompalama, perfüzyon, dispersiyon ve püskürtme kontrolünü doğrudan etkiler ve polimer malzemelerin en önemli özellikleridir.

1.4.1 Polimerlerin viskoelastikliği

Dış kuvvet altında, polimer sıvısı sadece akmakla kalmaz, aynı zamanda bir tür "viskoelastisite" performansı göstererek deformasyon da gösterebilir ve özü, "katı-sıvı iki fazın" bir arada bulunmasıdır [309]. Bununla birlikte, bu viskoelastisite, küçük deformasyonlarda doğrusal viskoelastisite değil, malzemenin büyük deformasyonlar ve uzun süreli stres sergilediği doğrusal olmayan viskoelastisitedir [310].

Doğal polisakkarit sulu çözeltisine hidrosol da denir. Seyreltik çözeltide polisakkarit makromolekülleri birbirinden ayrılmış bobinler halindedir. Konsantrasyon belirli bir değere yükseldiğinde makromoleküler bobinler iç içe geçerek üst üste gelir. Değere kritik konsantrasyon denir [311]. Kritik konsantrasyonun altında, çözeltinin viskozitesi nispeten düşüktür ve kayma hızından etkilenmez, bu da Newton tipi akışkan davranışını gösterir; Kritik konsantrasyona ulaşıldığında, başlangıçta ayrı ayrı hareket eden makromoleküller birbirleriyle dolaşmaya başlar ve çözeltinin viskozitesi önemli ölçüde artar. artış [312]; konsantrasyon kritik konsantrasyonu aştığında kayma incelmesi gözlemlenir ve çözelti Newtonyen olmayan akışkan davranışı sergiler [245].

Bazı hidrosoller belirli koşullar altında jel oluşturabilir ve bunların viskoelastik özellikleri genellikle depolama modülü G', kayıp modülü G" ve frekans bağımlılığı ile karakterize edilir. Depolama modülü sistemin esnekliğine karşılık gelirken, kayıp modülü sistemin viskozitesine karşılık gelir [311]. Seyreltik çözeltilerde moleküller arasında dolaşıklık yoktur, dolayısıyla geniş bir frekans aralığında G', G'den çok daha küçüktür ve güçlü bir frekans bağımlılığı gösterir. G' ve G″ sırasıyla ω frekansı ve ikinci dereceden değeriyle orantılı olduğundan, frekans daha yüksek olduğunda G' > G″ olur. Konsantrasyon kritik konsantrasyondan daha yüksek olduğunda, G' ve G' hala frekans bağımlılığına sahiptir. Frekans daha düşük olduğunda, G' < G″ ve frekans yavaş yavaş arttığında, ikisi kesişecek ve yüksek frekans bölgesi G'de G' >'ye geri dönecektir.

Doğal bir polisakkarit hidrosolün jele dönüştüğü kritik noktaya jel noktası denir. Jel noktasının birçok tanımı vardır ve en yaygın kullanılanı reolojide dinamik viskoelastisitenin tanımıdır. Sistemin depolama modülü G' kayıp modülü G″'ye eşit olduğunda jel noktası olur ve G' > G″ Jel oluşumu olur [312, 313].

Bazı doğal polisakarit molekülleri zayıf ilişkiler oluşturur ve jel yapıları kolayca bozulur ve G', G"den biraz daha büyüktür, bu da daha düşük bir frekans bağımlılığı gösterir; bazı doğal polisakkarit molekülleri ise jel yapısı daha güçlü olan, G' G'den çok daha büyük olan ve frekansa bağlı olmayan stabil çapraz bağlanma bölgeleri oluşturabilir [311].

1.4.2 Polimer komplekslerinin reolojik davranışı

For a fully compatible polymer compound system, the compound is a homogeneous system, and its viscoelasticity is generally the sum of the properties of a single polymer, and its viscoelasticity can be described by simple empirical rules [314]. Uygulama, homojen sistemin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesine yardımcı olmadığını kanıtlamıştır. Aksine, faz ayrımlı yapılara sahip bazı karmaşık sistemler mükemmel performansa sahiptir [315].

Kısmen uyumlu bir bileşik sistemin uyumluluğu, sistem bileşik oranı, kayma hızı, sıcaklık ve bileşen yapısı gibi uyumluluk gösteren veya faz ayrımı gösteren faktörlerden etkilenecektir ve uyumluluktan faz ayrımına geçiş kaçınılmazdır. sistemin viskoelastisitesinde önemli değişikliklere yol açar [316, 317]. Son yıllarda kısmen uyumlu polimer kompleks sistemlerinin viskoelastik davranışı üzerine çok sayıda çalışma yapılmıştır. Araştırma, bileşik sistemin uyumluluk bölgesindeki reolojik davranışının, homojen sistemin özelliklerini sunduğunu göstermektedir. Faz ayrım bölgesinde reolojik davranış homojen bölgeden tamamen farklıdır ve son derece karmaşıktır.

Bileşim sisteminin farklı konsantrasyonlar, bileşim oranları, kesme hızları, sıcaklıklar vb. altındaki reolojik özelliklerinin anlaşılması, işleme teknolojisinin doğru seçimi, formüllerin rasyonel tasarımı, ürün kalitesinin sıkı kontrolü ve üretimin uygun şekilde azaltılması için büyük önem taşımaktadır. enerji tüketimi. [309]. Örneğin sıcaklığa duyarlı malzemeler için sıcaklığın ayarlanmasıyla malzemenin viskozitesi değiştirilebilir. Ve işleme performansını artırın; Malzemenin kesme inceltme bölgesini anlayın, malzemenin işleme performansını kontrol etmek için uygun kesme hızını seçin ve üretim verimliliğini artırın.

1.4.3.1 Bileşim

Bileşik sistemin fiziksel ve kimyasal özellikleri ile iç yapısı, her bir bileşenin özelliklerinin ve bileşenler arasındaki etkileşimin birleşik katkılarının kapsamlı bir yansımasıdır. Bu nedenle her bileşenin fiziksel ve kimyasal özellikleri bileşik sistemde belirleyici bir role sahiptir. Farklı polimerler arasındaki uyumluluk derecesi büyük ölçüde değişir; bazıları çok uyumludur ve bazıları neredeyse tamamen uyumsuzdur.

1.4.3.2 Bileşik sistemin oranı

Polimer bileşik sisteminin viskoelastisite ve mekanik özellikleri, bileşik oranının değişmesiyle önemli ölçüde değişecektir. Bunun nedeni, bileşik oranının her bileşenin bileşik sisteme katkısını belirlemesi ve aynı zamanda her bileşeni etkilemesidir. etkileşim ve faz dağılımı. Xie Yajie ve diğerleri. kitosan/hidroksipropil selüloz üzerinde çalışmış ve hidroksipropil selüloz içeriğinin artmasıyla bileşiğin viskozitesinin önemli ölçüde arttığını bulmuştur [318]. Zhang Yayuan ve diğerleri. ksantan sakızı ve mısır nişastası kompleksini incelemiş ve ksantan sakızı oranı %10 olduğunda kompleks sistemin kıvam katsayısı, akma gerilimi ve akışkan indeksinin önemli ölçüde arttığını bulmuştur. Açıkçası [319].

1.4.3.3 Kesme hızı

Çoğu polimer sıvısı, Newton'un akış yasasına uymayan psödoplastik sıvılardır. Ana özellik, düşük kesme altında viskozitenin temelde değişmemesi ve kesme hızının artmasıyla birlikte viskozitenin keskin bir şekilde azalmasıdır [308, 320]. Polimer sıvısının akış eğrisi kabaca üç bölgeye ayrılabilir: düşük kayma Newton bölgesi, kayma incelme bölgesi ve yüksek kayma stabilitesi bölgesi. Kayma hızı sıfıra yaklaştığında gerilim ve gerinim doğrusal hale gelir ve sıvının akış davranışı Newton tipi sıvınınkine benzer. Bu sırada viskozite, sıfır kesme viskozitesi η0 olarak adlandırılan belirli bir değere doğru yönelir. η0 malzemenin maksimum gevşeme süresini yansıtır ve polimerin ortalama moleküler ağırlığı ve viskoz akışın aktivasyon enerjisi ile ilişkili olan polimer malzemelerin önemli bir parametresidir. Kayma incelmesi bölgesinde, kayma hızının artmasıyla birlikte viskozite giderek azalır ve "kayma incelmesi" olgusu meydana gelir. Bu bölge, polimer malzemelerin işlenmesinde tipik bir akış bölgesidir. Yüksek kesme stabilitesi bölgesinde, kesme hızı artmaya devam ettikçe viskozite başka bir sabite, sonsuz kesme viskozitesi η∞'ya yönelir, ancak bu bölgeye ulaşmak genellikle zordur.

1.4.3.4 Sıcaklık

Sıcaklık, moleküllerin rastgele termal hareketinin yoğunluğunu doğrudan etkiler; bu da difüzyon, moleküler zincir yönelimi ve dolaşma gibi moleküller arası etkileşimleri önemli ölçüde etkileyebilir. Genel olarak polimer malzemelerin akışı sırasında moleküler zincirlerin hareketi bölümler halinde gerçekleştirilir; sıcaklık arttıkça serbest hacim artar ve segmentlerin akış direnci azalır, dolayısıyla viskozite azalır. Ancak bazı polimerlerde sıcaklık arttıkça zincirler arasında hidrofobik birleşme meydana gelir ve bunun yerine viskozite artar.

Çeşitli polimerler sıcaklığa karşı farklı derecelerde hassasiyete sahiptir ve aynı yüksek polimer, farklı sıcaklık aralıklarında mekanizmasının performansı üzerinde farklı etkilere sahiptir.

1.5 Bu konunun araştırma önemi, araştırma amacı ve araştırma içeriği

1.5.1 Araştırmanın önemi

HPMC, gıda ve ilaç alanında yaygın olarak kullanılan güvenli ve yenilebilir bir malzeme olmasına rağmen iyi film oluşturma, dağıtma, kalınlaştırma ve stabilize etme özelliklerine sahiptir. HPMC filmi ayrıca iyi şeffaflığa, yağ bariyeri özelliklerine ve mekanik özelliklere sahiptir. Bununla birlikte, yüksek fiyatı (yaklaşık 100.000/ton), kapsüller gibi daha yüksek değerli farmasötik uygulamalarda bile geniş uygulamasını sınırlamaktadır. Ek olarak, HPMC, düşük sıcaklıkta düşük viskoziteye sahip bir çözelti halinde bulunan ve yüksek sıcaklıkta viskoz katı benzeri bir jel oluşturabilen, termal olarak indüklenen bir jeldir, bu nedenle kaplama, püskürtme ve daldırma gibi işlem süreçlerinin gerçekleştirilmesi gerekir. yüksek sıcaklıkta dışarı çıkar, bu da üretimde yüksek enerji tüketimine ve yüksek üretim maliyetine neden olur. HPMC'nin düşük sıcaklıklarda daha düşük viskozitesi ve jel mukavemeti gibi özellikleri, birçok uygulamada HPMC'nin işlenebilirliğini azaltır.

Buna karşılık HPS, gıda ve ilaç alanında da yaygın olarak kullanılan, ucuz (yaklaşık 20.000/ton) yenilebilir bir malzemedir. HPMC'nin bu kadar pahalı olmasının nedeni, HPMC'yi hazırlamak için kullanılan hammadde selülozun, HPS'yi hazırlamak için kullanılan hammadde nişastasından daha pahalı olmasıdır. Ek olarak, HPMC iki ikame edici, hidroksipropil ve metoksi ile aşılanmıştır. Sonuç olarak, hazırlık süreci çok karmaşık olduğundan HPMC'nin fiyatı HPS'den çok daha yüksektir. Bu proje, bazı pahalı HPMC'lerin düşük fiyatlı HPS ile değiştirilmesini ve benzer işlevlerin sürdürülmesi temelinde ürün fiyatının düşürülmesini umuyor.

Ayrıca HPS, düşük sıcaklıkta viskoelastik jel halinde bulunan ve yüksek sıcaklıkta akıcı bir çözelti oluşturan soğuk bir jeldir. Bu nedenle, HPMC'ye HPS eklemek, HPMC'nin jel sıcaklığını azaltabilir ve düşük sıcaklıkta viskozitesini artırabilir. ve jel mukavemeti, düşük sıcaklıklarda işlenebilirliğini artırır. Ayrıca, HPS yenilebilir filmi iyi oksijen bariyeri özelliklerine sahiptir, dolayısıyla HPMC'ye HPS eklemek yenilebilir filmin oksijen bariyeri özelliklerini geliştirebilir.

Özetle, HPMC ve HPS'nin birleşimi: Öncelikle önemli bir teorik öneme sahiptir. HPMC sıcak bir jeldir ve HPS soğuk bir jeldir. İkisinin birleşimiyle teorik olarak sıcak ve soğuk jeller arasında bir geçiş noktası oluşur. HPMC/HPS soğuk ve sıcak jel bileşik sisteminin kurulması ve mekanizma araştırması, bu tür soğuk ve sıcak ters fazlı jel bileşik sisteminin araştırılması için yeni bir yol sağlayabilir; teorik rehberlik oluşturulmuştur. İkincisi, üretim maliyetlerini azaltabilir ve ürün karını artırabilir. HPS ve HPMC'nin birleşimi sayesinde, hammadde ve üretim enerji tüketimi açısından üretim maliyeti azaltılabilir ve ürün karı büyük ölçüde artırılabilir. Üçüncüsü, işleme performansını artırabilir ve uygulamayı genişletebilir. HPS'nin eklenmesi, HPMC'nin düşük sıcaklıkta konsantrasyonunu ve jel gücünü artırabilir ve düşük sıcaklıkta işleme performansını iyileştirebilir. Ayrıca ürün performansı artırılabilir. HPMC/HPS'nin yenilebilir kompozit filmini hazırlamak için HPS eklenerek yenilebilir filmin oksijen bariyeri özellikleri geliştirilebilir.

Polimer bileşik sisteminin uyumluluğu, bileşiğin mikroskobik morfolojisini ve kapsamlı özelliklerini, özellikle de mekanik özelliklerini doğrudan belirleyebilir. Bu nedenle HPMC/HPS bileşik sisteminin uyumluluğunu incelemek çok önemlidir. Hem HPMC hem de HPS, aynı yapısal birim glikoza sahip ve aynı fonksiyonel grup hidroksipropil tarafından modifiye edilmiş hidrofilik polisakkaritlerdir; bu, HPMC/HPS bileşik sisteminin uyumluluğunu büyük ölçüde artırır. Bununla birlikte, HPMC soğuk bir jeldir ve HPS sıcak bir jeldir ve ikisinin ters jel davranışı, HPMC/HPS bileşik sisteminin faz ayrılması olgusuna yol açar. Özetle, HPMC/HPS soğuk-sıcak jel kompozit sisteminin faz morfolojisi ve faz geçişi oldukça karmaşıktır, dolayısıyla bu sistemin uyumluluğu ve faz ayrımı çok ilginç olacaktır.

Polimer kompleks sistemlerinin morfolojik yapısı ve reolojik davranışı birbiriyle ilişkilidir. Bir yandan işleme sırasındaki reolojik davranışın sistemin morfolojik yapısı üzerinde büyük etkisi olacaktır; Öte yandan sistemin reolojik davranışı, sistemin morfolojik yapısındaki değişiklikleri doğru bir şekilde yansıtabilmektedir. Therefore, it is of great significance to study the rheological properties of HPMC/HPS compound system for guiding production, processing and quality control.

HPMC/HPS soğuk ve sıcak jel bileşik sisteminin morfolojik yapısı, uyumluluğu ve reolojisi gibi makroskopik özellikleri dinamiktir ve çözelti konsantrasyonu, bileşik oranı, kayma hızı ve sıcaklık gibi bir dizi faktörden etkilenir. Kompozit sistemin mikroskobik morfolojik yapısı ile makroskobik özellikleri arasındaki ilişki, kompozit sistemin morfolojik yapısı ve uyumluluğu kontrol edilerek düzenlenebilmektedir.

1.5.2 Araştırma amacı

HPMC/HPS soğuk ve sıcak ters fazlı jel bileşik sistemi oluşturuldu, reolojik özellikleri incelendi ve bileşenlerin fiziksel ve kimyasal yapısının, bileşik oranının ve işlem koşullarının sistemin reolojik özelliklerine etkisi araştırıldı. HPMC/HPS'nin yenilebilir kompozit filmi hazırlandı ve filmin mekanik özellikleri, hava geçirgenliği ve optik özellikleri gibi makroskobik özellikleri incelendi, etkileyen faktörler ve yasalar araştırıldı. HPMC/HPS soğuk ve sıcak ters fazlı jel kompleks sisteminin faz geçişini, uyumluluğunu ve faz ayrımını sistematik olarak inceleyin, etkileyen faktörleri ve mekanizmaları keşfedin ve mikroskobik morfolojik yapı ile makroskobik özellikler arasındaki ilişkiyi kurun. Kompozit sistemin morfolojik yapısı ve uyumluluğu, kompozit malzemelerin özelliklerini kontrol etmek için kullanılır.

1.5.3 Araştırma içeriği

Beklenen araştırma amacına ulaşmak için, bu makale aşağıdaki araştırmayı yapacaktır:

(1) HPMC/HPS soğuk ve sıcak ters fazlı jel bileşik sistemini oluşturun ve bileşik çözeltisinin reolojik özelliklerini, özellikle de konsantrasyonun, bileşik oranının ve kesme hızının viskozite ve akış indeksi üzerindeki etkilerini incelemek için bir reometre kullanın. bileşik sistem. Tiksotropi ve tiksotropi gibi reolojik özelliklerin etkisi ve kanunu araştırıldı ve soğuk ve sıcak kompozit jelin oluşum mekanizması ön olarak araştırıldı.

(2) HPMC/HPS yenilebilir kompozit film hazırlandı ve her bileşenin doğal özelliklerinin ve bileşim oranının kompozit filmin mikroskobik morfolojisi üzerindeki etkisini incelemek için taramalı elektron mikroskobu kullanıldı; mekanik özellik test cihazı, her bileşenin doğal özelliklerini, kompozit filmin bileşimini incelemek için kullanıldı. Oranın ve çevresel bağıl nemin, kompozit filmin mekanik özellikleri üzerindeki etkisi; bileşenlerin doğal özelliklerinin ve bileşik oranının kompozit filmin oksijen ve ışık iletim özellikleri üzerindeki etkilerini incelemek için oksijen iletim hızı test cihazı ve UV-Vis spektrofotometresinin kullanılması HPMC/HPS soğuk- sıcak ters jel kompozit sistemi taramalı elektron mikroskobu, termogravimetrik analiz ve dinamik termomekanik analiz ile incelenmiştir.

(3) HPMC/HPS soğuk-sıcak ters jel kompozit sisteminin mikroskobik morfolojisi ile mekanik özellikleri arasındaki ilişki kurulmuştur. HPMC/HPS'nin yenilebilir kompozit filmi hazırlandı ve bileşik konsantrasyonunun ve bileşik oranının numunenin faz dağılımı ve faz geçişi üzerindeki etkisi optik mikroskop ve iyot boyama yöntemiyle incelendi; Bileşik konsantrasyonu ve bileşik oranının numunelerin mekanik özellikleri ve ışık geçirgenliği üzerindeki etki kuralı oluşturuldu. HPMC/HPS soğuk-sıcak ters jel kompozit sisteminin mikroyapısı ile mekanik özellikleri arasındaki ilişki araştırıldı.

(4) HPS ikame derecesinin, HPMC/HPS soğuk-sıcak ters fazlı jel kompozit sisteminin reolojik özellikleri ve jel özellikleri üzerindeki etkileri. HPS ikame derecesi, kayma hızı ve sıcaklığın bileşik sistemin viskozitesi ve diğer reolojik özellikleri üzerindeki etkilerinin yanı sıra jel geçiş noktası, modül frekans bağımlılığı ve diğer jel özellikleri ve bunların yasaları bir reometre kullanılarak incelenmiştir. Numunelerin sıcaklığa bağlı faz dağılımı ve faz geçişi, iyot boyama ile incelendi ve HPMC/HPS soğuk-sıcak ters fazlı jel kompleks sisteminin jelleşme mekanizması açıklandı.

(5) HPS'nin kimyasal yapı modifikasyonunun, HPMC/HPS soğuk-sıcak ters fazlı jel kompozit sisteminin makroskobik özellikleri ve uyumluluğu üzerindeki etkileri. HPMC/HPS'nin yenilebilir kompozit filmi hazırlandı ve HPS hidroksipropil ikame derecesinin kompozit filmin kristal yapısı ve mikro alan yapısı üzerindeki etkisi, senkrotron radyasyonu küçük açılı X-ışını saçılma teknolojisi ile araştırıldı. HPS hidroksipropil ikame derecesinin kompozit membranın mekanik özellikleri üzerindeki etki yasası, mekanik özellik test cihazı tarafından incelenmiştir; HPS ikame derecesinin kompozit membranın oksijen geçirgenliği üzerindeki etki yasası, oksijen geçirgenlik test cihazı ile incelenmiştir; HPS hidroksipropil Grup ikame derecesinin HPMC/HPS kompozit filmlerin termal stabilitesi üzerindeki etkisi.

Bölüm 2 HPMC/HPS bileşik sisteminin reolojik çalışması

Doğal polimer bazlı yenilebilir filmler nispeten basit bir ıslak yöntemle hazırlanabilir [321]. İlk olarak polimer, yenilebilir film oluşturucu bir sıvı veya film oluşturucu süspansiyon hazırlamak için sıvı fazda çözülür veya dağıtılır ve daha sonra solventin uzaklaştırılmasıyla konsantre edilir. Burada işlem genellikle biraz daha yüksek sıcaklıkta kurutma yapılarak gerçekleştirilir. Bu işlem tipik olarak önceden paketlenmiş yenilebilir filmler üretmek veya ürünü daldırma, fırçalama veya püskürtme yoluyla doğrudan film oluşturucu bir çözeltiyle kaplamak için kullanılır. Yenilebilir film işlemenin tasarımı, film oluşturucu sıvının doğru reolojik verilerinin elde edilmesini gerektirir; bu, yenilebilir ambalaj filmleri ve kaplamalarının ürün kalite kontrolü için büyük önem taşır [322].

HPMC, yüksek sıcaklıkta jel oluşturan ve düşük sıcaklıkta çözelti halinde olan termal bir yapıştırıcıdır. Bu termal jel özelliği, düşük sıcaklıktaki viskozitesini çok düşük hale getirir; bu da daldırma, fırçalama ve daldırma gibi spesifik üretim süreçlerine elverişli değildir. düşük sıcaklıklarda zayıf işlenebilirliğe neden olur. Buna karşılık, HPS soğuk bir jeldir, düşük sıcaklıkta ve yüksek sıcaklıkta viskoz bir jel halindedir. Düşük viskoziteli bir çözelti durumu. Bu nedenle, ikisinin kombinasyonu yoluyla HPMC'nin düşük sıcaklıktaki viskozite gibi reolojik özellikleri bir dereceye kadar dengelenebilir.

Bu bölüm, HPMC/HPS soğuk-sıcak ters jel bileşik sisteminin sıfır kesme viskozitesi, akış indeksi ve tiksotropisi gibi reolojik özellikler üzerinde çözelti konsantrasyonu, bileşik oranı ve sıcaklığın etkilerine odaklanmaktadır. Ekleme kuralı, bileşik sistemin uyumluluğunu ön olarak tartışmak için kullanılır.

2.2 Deneysel yöntem

2.2.1 HPMC/HPS bileşik çözeltisinin hazırlanması

Öncelikle HPMC ve HPS kuru tozu tartın ve %15 (ağırlık/ağırlık) konsantrasyonuna ve 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10 gibi farklı oranlara göre karıştırın; daha sonra 70 °C'lik C su ekleyin, HPMC'yi tamamen dağıtmak için 120 rpm/dakikada 30 dakika boyunca hızla karıştırın; daha sonra çözeltiyi 95 °C'nin üzerine ısıtın, HPS'yi tamamen jelatinleştirmek için aynı hızda 1 saat boyunca hızla karıştırın; jelatinizasyon tamamlanır. Bundan sonra, çözeltinin sıcaklığı hızlı bir şekilde 70°C'ye düşürüldü ve HPMC, 40 dakika boyunca 80 rpm/dakikalık yavaş bir hızda karıştırılarak tamamen çözüldü. (Bu makaledeki tüm w/w: numunenin kuru baz kütlesi/toplam çözelti kütlesi).

2.2.2 HPMC/HPS bileşik sisteminin reolojik özellikleri

2.2.2.1 Reolojik analiz ilkesi

Dönme reometresi bir çift yukarı ve aşağı paralel kelepçeyle donatılmıştır ve kelepçeler arasındaki göreceli hareket yoluyla basit kesme akışı gerçekleştirilebilir. Reometre adım modunda, akış modunda ve salınım modunda test edilebilir: adım modunda reometre, esas olarak numunenin geçici karakteristik tepkisini ve kararlı durum süresini test etmek için kullanılan numuneye geçici stres uygulayabilir. Stres gevşemesi, sürünme ve toparlanma gibi değerlendirme ve viskoelastik tepki; akış modunda reometre, esas olarak numunenin viskozitesinin kayma hızına bağımlılığını ve viskozitenin sıcaklığa ve tiksotropiye bağımlılığını test etmek için kullanılan numuneye doğrusal stres uygulayabilir; Salınım modunda reometre, esas olarak numunenin doğrusal viskoelastik bölgesinin belirlenmesi, termal stabilite değerlendirmesi ve jelleşme sıcaklığı için kullanılan sinüzoidal alternatif salınım gerilimi oluşturabilir.

2.2.2.2 Akış modu test yöntemi

40 mm çapında paralel plaka fikstürü kullanılmış ve plaka aralığı 0,5 mm olarak ayarlanmıştır.

1. Viskozite zamanla değişir. Test sıcaklığı 25 °C, kayma hızı 800 s-1 ve test süresi 2500 s idi.

2. Viskozite kayma hızına göre değişir. Test sıcaklığı 25 °C, ön kesme hızı 800 s-1, ön kesme süresi 1000 s; kesme hızı 10²-10³s.

Kayma gerilimi (τ) ve kayma hızı (γ), Ostwald-de Waele güç yasasını takip eder:

̇τ=K.γ n (2-1)

burada τ kayma gerilimidir, Pa;

γ kesme hızıdır, s-1;

n likidite endeksidir;

K viskozite katsayısıdır, Pa·sn.

Viskozite arasındaki ilişki (ŋPolimer çözeltisinin ) değeri ve kayma hızı (γ), carren modülü ile belirlenebilir:

Aralarında,ŋ0kesme viskozitesi, Pa·s;

ŋ∞sonsuz kesme viskozitesidir, Pa s;

λ dinlenme zamanıdır, s;

n kayma incelmesi indeksidir;

3. Üç aşamalı tiksotropi test yöntemi. Test sıcaklığı 25 °C'dir, a. Sabit aşama, kesme hızı 1 s-1 ve test süresi 50 s'dir; B. Kesme aşaması, kesme hızı 1000 s-1 ve test süresi 20 s'dir; C. Yapı geri kazanım süreci, kesme hızı 1 s-1, test süresi 250 s'dir.

Yapının geri kazanılması sürecinde, farklı geri kazanım sürelerinden sonra yapının geri kazanılma derecesi, viskozitenin geri kazanılma oranı ile ifade edilir:

DSR=ŋt ⁄ ŋ╳%100

Aralarında,ŋt, yapısal toparlanma süresindeki ts, Pa s'deki viskozitedir;

hŋbirinci aşamanın sonundaki viskozitedir, Pa s.

2.3 Sonuçlar ve Tartışma

2.3.1 Kayma süresinin bileşik sistemin reolojik özellikleri üzerindeki etkisi

Sabit bir kesme hızında, görünen viskozite, artan kesme süresiyle birlikte farklı eğilimler gösterebilir. Şekil 2-1, bir HPMC/HPS bileşik sisteminde tipik bir viskozite-zaman eğrisini göstermektedir. Şekilden görüldüğü gibi kesme süresinin uzamasıyla görünür viskozite sürekli olarak azalmaktadır. Kayma süresi yaklaşık 500 s'ye ulaştığında viskozite kararlı bir duruma ulaşır, bu da bileşik sistemin yüksek hızlı kesme altındaki viskozitesinin belirli bir değere sahip olduğunu gösterir. Tiksotropinin zamana bağımlılığı, yani tiksotropinin belli bir zaman aralığında sergilenmesidir.

Bu nedenle, bileşik sistemin viskozitesinin kayma hızıyla değişim yasasını incelerken, gerçek kararlı durum kesme testinden önce, bileşik sistem üzerindeki tiksotropinin etkisini ortadan kaldırmak için belirli bir yüksek hızlı ön kesme süresi gerekir. . Böylece tek faktör olarak kayma hızı ile viskozite değişimi kanunu elde edilir. Bu deneyde, tüm numunelerin viskozitesi, zamanla 800 1/s'lik yüksek bir kesme hızında 1000 s'den önce sabit bir duruma ulaştı; bu burada çizilmemiştir. Bu nedenle gelecekteki deneysel tasarımda, tüm numunelerde tiksotropinin etkisini ortadan kaldırmak için 800 1/s'lik yüksek kesme hızında 1000 saniyelik ön kesme benimsendi.

2.3.2 Konsantrasyonun bileşik sistemin reolojik özellikleri üzerindeki etkisi

Genellikle polimer çözeltilerinin viskozitesi çözelti konsantrasyonunun artmasıyla artar. Şekil 2-2, konsantrasyonun, HPMC/HPS formülasyonlarının viskozitesinin kayma hızına bağımlılığı üzerindeki etkisini göstermektedir. Şekilden, aynı kayma hızında, çözelti konsantrasyonunun artmasıyla bileşik sistemin viskozitesinin kademeli olarak arttığını görebiliriz. Farklı konsantrasyonlara sahip HPMC/HPS bileşik çözeltilerinin viskozitesi, kesme hızının artmasıyla birlikte kademeli olarak azaldı; bu durum, farklı konsantrasyonlara sahip bileşik çözeltilerin psödoplastik sıvılara ait olduğunu gösteren belirgin kesme incelmesi olgusunu gösterdi. Ancak viskozitenin kayma hızına bağımlılığı çözelti konsantrasyonunun değişmesiyle farklı bir eğilim gösterdi. Çözelti konsantrasyonu düşük olduğunda, kompozit çözeltinin kayma incelmesi olgusu küçüktür; Çözelti konsantrasyonunun artmasıyla birlikte kompozit çözeltinin kayma incelmesi olgusu daha belirgindir.

2.3.2.1 Bileşik sistemin sıfır kayma viskozitesi üzerinde konsantrasyonun etkisi

Bileşik sisteminin farklı konsantrasyonlardaki viskozite-kesme hızı eğrileri Carren modeliyle uyduruldu ve bileşik çözeltisinin sıfır kesme viskozitesi tahmin edildi (0,9960 < R₂< 0,9997). The effect of concentration on the viscosity of the compound solution can be further studied by studying the relationship between zero shear viscosity and concentration. From Figure 2-3, it can be seen that the relationship between the zero-shear viscosity and concentration of the compound solution follows a power law:

burada k ve m sabitlerdir.

Çift logaritmik koordinatta m eğiminin büyüklüğüne bağlı olarak konsantrasyona bağımlılığın iki farklı eğilim sunduğu görülmektedir. Dio-Edwards teorisine göre düşük konsantrasyonda eğim daha yüksektir (m = 11,9, R2 = 0,9942), bu da seyreltik çözeltiye aittir; yüksek konsantrasyonda ise eğim nispeten düşüktür (m = 2,8, R2 = 0,9822), bu da alt-Konsantre çözeltiye aittir. Bu nedenle bileşik sisteminin kritik konsantrasyonu C*, bu iki bölgenin birleşimi yoluyla %8 olarak belirlenebilir. Çözeltideki polimerlerin farklı durumları ve konsantrasyonları arasındaki ortak ilişkiye göre, Şekil 2-3'te gösterildiği gibi, düşük sıcaklık çözeltisindeki HPMC/HPS bileşik sisteminin moleküler durum modeli önerilmektedir.

HPS soğuk bir jeldir, düşük sıcaklıkta jel halindedir ve yüksek sıcaklıkta çözelti halindedir. Test sıcaklığında (25 °C), HPS şekildeki mavi ağ alanında gösterildiği gibi jel halindedir; aksine HPMC sıcak bir jeldir. Test sıcaklığında kırmızı çizgi molekülünde gösterildiği gibi çözelti halindedir.

C < C*'nin seyreltik çözeltisinde, HPMC moleküler zincirleri esas olarak bağımsız zincir yapıları halinde bulunur ve hariç tutulan hacim, zincirleri birbirinden ayrı hale getirir; ayrıca, HPS jel fazı bir bütün oluşturmak üzere birkaç HPMC molekülüyle etkileşime girer. Form ve HPMC'den bağımsız moleküler zincirler, Şekil 2-2a'da gösterildiği gibi birbirinden ayrı olarak bulunur.

Artan konsantrasyonla birlikte bağımsız moleküler zincirler ve faz bölgeleri arasındaki mesafe giderek azaldı. Kritik konsantrasyon C*'a ulaşıldığında, HPS jel fazı ile etkileşime giren HPMC molekülleri giderek artar ve bağımsız HPMC moleküler zincirleri birbirleriyle bağlanmaya başlayarak jel merkezi olarak HPS fazını oluşturur ve HPMC moleküler zincirleri iç içe geçmiş olur. ve birbirleriyle bağlantılıdır. Mikrojel durumu Şekil 2-2b'de gösterilmektedir.

Konsantrasyonun daha da artmasıyla (C > C*), HPS jel fazları arasındaki mesafe daha da azalır ve dolaşmış HPMC polimer zincirleri ile HPS faz bölgesi daha karmaşık hale gelir ve etkileşim daha yoğun hale gelir, dolayısıyla çözüm davranış sergiler Şekil 2-2c'de gösterildiği gibi polimer eriyiklerininkine benzer.

2.3.2.2 Konsantrasyonun bileşik sistemin akışkan davranışı üzerindeki etkisi

Ostwald-de Waele güç yasası (bkz. formül (2-1)) bileşik sistemin kayma gerilimi ve kayma hızı eğrilerini (metinde gösterilmemiştir) farklı konsantrasyonlara ve akış indeksi n ve viskozite katsayısına uydurmak için kullanılır. K elde edilebilir. , uydurma sonucu Tablo 2-1'de gösterildiği gibidir.

Tablo 2-1 25 °C'de çeşitli konsantrasyonlarda HPS/HPMC çözeltisinin akış davranışı indeksi (n) ve sıvı tutarlılık indeksi (K)

Newton tipi akışkanın akış üssü n = 1'dir, psödoplastik akışkanın akış üssü n < 1'dir ve n, 1'den ne kadar saparsa, akışkanın psödoplastisitesi o kadar güçlü olur ve dilatan akışkanın akış üssü n > 1 olur. Tablo 2-1'de farklı konsantrasyonlara sahip bileşik çözeltilerin n değerlerinin tamamının 1'den küçük olduğu görülebilir; bu da bileşik çözeltilerin tümünün psödoplastik akışkanlar olduğunu gösterir. Düşük konsantrasyonlarda, sulandırılmış çözeltinin n değeri 0'a yakındır, bu da düşük konsantrasyonlu bileşik çözeltisinin Newton sıvısına yakın olduğunu gösterir, çünkü düşük konsantrasyonlu bileşik çözeltisinde polimer zincirleri birbirinden bağımsız olarak bulunur. Çözelti konsantrasyonunun artmasıyla birlikte bileşik sistemin n değeri kademeli olarak azaldı; bu da konsantrasyonun artmasının bileşik çözeltinin psödoplastik davranışını arttırdığını gösterdi. HPS fazı arasında ve onunla dolaşma gibi etkileşimler meydana geldi ve akış davranışı, polimer eriyiklerininkine daha yakındı.

Düşük konsantrasyonda, bileşik sistemin viskozite katsayısı K küçüktür (C < %8, K < 1 Pa·sn) ve konsantrasyonun artmasıyla bileşik sistemin K değeri kademeli olarak artar, bu da viskozitenin arttığını gösterir. sıfır kayma viskozitesinin konsantrasyon bağımlılığı ile tutarlı olarak bileşik sistemi azaldı.

2.3.3 Bileşim oranının bileşim sisteminin reolojik özelliklerine etkisi

Şekil 2-4 25 °C'de farklı karışım oranına sahip HPMC/HPS çözümünün viskozitesi ve kayma hızı

Tablo 2-2 25°'de çeşitli karışım oranlarıyla HPS/HPMC çözümünün akış davranışı indeksi (n) ve akışkan tutarlılık indeksi (K)

Şekil 2-4, bileşim oranının, HPMC/HPS bileşim çözeltisi viskozitesinin kesme hızı bağımlılığı üzerindeki etkisini göstermektedir. Düşük HPS içeriğine (HPS < %20) sahip bileşik sistemin viskozitesinin, esas olarak düşük HPS içeriğine sahip bileşik sisteminde, HPMC'nin çözelti halinde olması nedeniyle, kesme hızının artmasıyla önemli ölçüde değişmediği şekilde görülebilir. düşük sıcaklıkta sürekli fazdır; Yüksek HPS içeriğine sahip bileşik sistemin viskozitesi, kesme hızının artmasıyla kademeli olarak azalır; bu, bileşik çözeltinin psödoplastik sıvı olduğunu gösteren belirgin kesme incelmesi olgusunu gösterir. Aynı kesme hızında, HPS içeriğinin artmasıyla bileşik çözeltinin viskozitesi artar, bunun temel nedeni HPS'nin düşük sıcaklıkta daha viskoz bir jel halinde olmasıdır.

Farklı bileşik oranlarına, akış üssü n'ye ve viskozite katsayısına sahip bileşik sistemlerin kayma gerilimi-kayma hızı eğrilerini (metinde gösterilmemiştir) uydurmak için Ostwald-de Waele güç yasasını (bkz. formül (2-1)) kullanmak K, uydurma sonuçları Tablo 2-2'de gösterilmektedir. Tablodan 0,9869 < R2 < 0,9999'un uyum sonucunun daha iyi olduğu görülmektedir. Bileşik sisteminin akış indeksi n, HPS içeriğinin artmasıyla kademeli olarak azalırken, viskozite katsayısı K, HPS içeriğinin artmasıyla kademeli olarak artan bir eğilim gösterir; bu, HPS ilavesinin bileşik çözeltiyi daha viskoz ve akması zor hale getirdiğini gösterir. . Bu eğilim Zhang'ın araştırma sonuçlarıyla tutarlıdır, ancak aynı bileşik oranı için bileşik çözeltinin n değeri Zhang'ın sonucundan [305] daha yüksektir, bunun temel nedeni tiksotropinin etkisini ortadan kaldırmak için bu deneyde ön kesmenin gerçekleştirilmesidir. ortadan kaldırılır; Zhang sonucu, tiksotropi ve kayma hızının birleşik etkisinin sonucudur; bu iki yöntemin ayrılması Bölüm 5'te ayrıntılı olarak tartışılacaktır.

2.3.3.1 Bileşim oranının, bileşim sisteminin sıfır kayma viskozitesi üzerindeki etkisi

Homojen polimer bileşik sisteminin reolojik özellikleri ile sistemdeki bileşenlerin reolojik özellikleri arasındaki ilişki logaritmik toplama kuralına uygundur. İki bileşenli bir bileşik sistem için, bileşik sistem ile her bir bileşen arasındaki ilişki aşağıdaki denklemle ifade edilebilir:

Bunlar arasında F, karmaşık sistemin reolojik özellik parametresidir;

F1, F2 sırasıyla bileşen 1 ve bileşen 2'nin reolojik parametreleridir;

∅1 ve ∅2 sırasıyla bileşen 1 ve bileşen 2'nin kütle kesirleridir ve ∅1 ∅2 .

Bu nedenle, farklı bileşik oranlarıyla bileşik oluşturma sonrasında bileşik sisteminin sıfır kayma viskozitesi, ilgili tahmin edilen değeri hesaplamak için logaritmik toplama ilkesine göre hesaplanabilir. Farklı bileşik oranlarına sahip bileşik çözeltilerinin deneysel değerleri, viskozite-kayma hızı eğrisinin Carren uyumuyla hala ekstrapole edilmiştir. Farklı bileşik oranlarına sahip HPMC/HPS bileşik sisteminin sıfır kayma viskozitesinin tahmin edilen değeri, Şekil 2-5'te gösterildiği gibi deneysel değerle karşılaştırılır.

Şekildeki noktalı kısım logaritmik toplam kuralı ile elde edilen bileşik çözeltisinin sıfır kayma viskozitesinin tahmin edilen değeri, noktalı çizgi grafik ise farklı bileşik oranlarına sahip bileşik sisteminin deneysel değeridir. Bileşik çözeltisinin deneysel değerinin, bileşik sisteminin termodinamik uyumluluğa ulaşamadığını ve bileşik sisteminin sürekli bir faz dispersiyonu olduğunu gösteren bileşik kuralına göre belirli bir pozitif-negatif sapma gösterdiği şekilde görülebilir. düşük sıcaklık İki fazlı sistemin “deniz adası” yapısı; ve HPMC/HPS bileşim oranının sürekli azaltılmasıyla birlikte bileşim sisteminin sürekli fazı, bileşim oranı 4:6 olduktan sonra değişti. Bölümde araştırma ayrıntılı olarak ele alınmaktadır.

HPMC/HPS bileşik oranı büyük olduğunda bileşik sisteminin negatif bir sapmaya sahip olduğu şekilde açıkça görülebilmektedir; bunun nedeni, yüksek viskoziteli HPS'nin, düşük viskoziteli HPMC sürekli faz ortasında dağılmış faz halinde dağıtılması olabilir. . HPS içeriğinin artmasıyla birlikte bileşik sistemde pozitif bir sapma meydana gelir ve bu durum bileşik sistemde bu sırada sürekli faz geçişinin meydana geldiğini gösterir. Yüksek viskoziteye sahip HPS, bileşik sistemin sürekli fazı haline gelirken, HPMC, HPS'nin sürekli fazında daha düzgün bir durumda dağılır.

2.3.3.2 Bileşim oranının bileşim sisteminin akışkan davranışı üzerindeki etkisi

Şekil 2-6, HPS içeriğinin bir fonksiyonu olarak bileşik sistemin akış indeksini n göstermektedir. Akış indeksi n, log-logaritmik bir koordinattan uydurulduğundan, burada n doğrusal bir toplamdır. Şekilde, HPS içeriğinin artmasıyla birlikte bileşik sistemin akış indeksi n'nin kademeli olarak azaldığı görülebilir; bu, HPS'nin bileşik çözeltinin Newton tipi akışkan özelliklerini azalttığını ve psödoplastik akışkan davranışını iyileştirdiğini gösterir. Alt kısım daha yüksek viskoziteye sahip jel halidir. Ayrıca bileşik sistemin akış indeksi ile HPS içeriği arasındaki ilişkinin doğrusal bir ilişkiye uyduğu (R2, 0,98062) şekilden görülebilmektedir, bu da bileşik sistemin iyi bir uyumluluğa sahip olduğunu göstermektedir.

2.3.3.3 Bileşim oranının bileşim sisteminin viskozite katsayısına etkisi

Şekil 2-7, HPS içeriğinin bir fonksiyonu olarak bileşik çözeltinin viskozite katsayısı K'yı gösterir. Şekilden saf HPMC'nin K değerinin çok küçük olduğu, saf HPS'nin K değerinin ise en büyük olduğu görülebilir, bu da sırasıyla çözelti ve jel halindeki HPMC ve HPS'nin jel özellikleriyle ilgilidir. düşük sıcaklık. Düşük viskoziteli bileşenin içeriği yüksek olduğunda, yani HPS içeriği düşük olduğunda, bileşik çözeltisinin viskozite katsayısı, düşük viskoziteli bileşen HPMC'ninkine yakındır; yüksek viskoziteli bileşenin içeriği yüksek olduğunda HPS içeriğinin artmasıyla birlikte bileşik çözeltisinin K değeri de artar, bu da HPS'nin düşük sıcaklıkta HPMC'nin viskozitesini arttırdığını gösterir. Bu esas olarak sürekli fazın viskozitesinin bileşik sistemin viskozitesine katkısını yansıtır. Düşük viskoziteli bileşenin sürekli faz ve yüksek viskoziteli bileşenin sürekli faz olduğu farklı durumlarda, sürekli faz viskozitesinin bileşik sisteminin viskozitesine katkısı açıkça farklıdır. Düşük viskoziteli HPMC sürekli faz olduğunda, bileşik sisteminin viskozitesi temel olarak sürekli fazın viskozitesinin katkısını yansıtır; ve yüksek viskoziteli HPS sürekli faz olduğunda, dağılmış faz olarak HPMC, yüksek viskoziteli HPS'nin viskozitesini azaltacaktır. etki.

2.3.4 Tiksotropi

Tiksotropi, maddelerin veya çoklu sistemlerin stabilitesini değerlendirmek için kullanılabilir, çünkü tiksotropi, iç yapı ve kesme kuvveti altındaki hasarın derecesi hakkında bilgi elde edebilir [323-325]. Tiksotropi, zamansal etkiler ve mikroyapısal değişikliklere yol açan kayma geçmişi ile ilişkilendirilebilir [324, 326]. Farklı bileşim oranlarının bileşim sisteminin tiksotropik özellikleri üzerindeki etkisini incelemek için üç aşamalı tiksotropik yöntem kullanıldı. Şekil 2-5'ten görülebileceği gibi, tüm numuneler farklı derecelerde tiksotropi sergiledi. Düşük kesme hızlarında, bileşik çözeltisinin viskozitesi, HPS içeriğinin artmasıyla önemli ölçüde arttı; bu, sıfır kesme viskozitesinin HPS içeriğiyle değişmesiyle tutarlıydı.

Kompozit numunelerin farklı iyileşme sürelerindeki yapısal iyileşme derecesi DSR'si Tablo 2-1'de gösterildiği gibi formül (2-3) ile hesaplanır. DSR < 1 ise numunenin kayma direnci düşüktür ve numune tiksotropiktir; tersine, eğer DSR > 1 ise numune anti-tiksotropiye sahiptir. Tablodan saf HPMC'nin DSR değerinin çok yüksek, neredeyse 1 olduğunu görebiliriz, bunun nedeni HPMC molekülünün sert bir zincir olması, gevşeme süresinin kısa olması ve yapının yüksek kesme kuvveti altında hızla toparlanmasıdır. HPS'nin DSR değeri nispeten düşüktür, bu da onun güçlü tiksotropik özelliklerini doğrular, çünkü HPS esnek bir zincirdir ve gevşeme süresi uzundur. Yapı, test süresi içerisinde tamamen iyileşmedi.

Bileşik çözeltisi için, aynı geri kazanım süresinde, HPMC içeriği %70'in üzerinde olduğunda, HPS moleküler zinciri esnek bir zincir olduğundan ve sert moleküler zincirlerin sayısı olduğundan, HPS içeriğinin artmasıyla DSR hızla azalır. Bileşik sistemdeki HPS ilavesiyle artar. Azaltılırsa bileşik sistemin genel moleküler bölümünün gevşeme süresi uzar ve bileşik sistemin tiksotropisi, yüksek kesme etkisi altında hızlı bir şekilde geri kazanılamaz. HPMC içeriği %70'ten az olduğunda, HPS içeriğinin artmasıyla DSR artar; bu, bileşik sistemdeki HPS ve HPMC'nin moleküler zincirleri arasında bir etkileşim olduğunu gösterir; bu da molekülerin genel sertliğini artırır. Bileşik sistemdeki segmentler kısalır ve bileşik sistemin gevşeme süresi azalır ve tiksotropi azalır.

Ek olarak, bileşik sistemin DSR değeri, saf HPMC'ninkinden önemli ölçüde düşüktü; bu, HPMC'nin tiksotropisinin, bileşik oluşturma yoluyla önemli ölçüde iyileştirildiğini gösterdi. Bileşik sistemdeki örneklerin çoğunun DSR değerleri, saf HPS'den daha yüksekti; bu, HPS'nin stabilitesinin bir dereceye kadar arttığını gösteriyordu.

It can also be seen from the table that at different recovery times, the DSR values all show the lowest point when the HPMC content is 70%, and when the starch content is greater than 60%, the DSR value of the complex is higher than saf HPS'ninki. The DSR values within 10 s of all samples are very close to the final DSR values, which indicates that the structure of the composite system basically completed most of the tasks of structure recovery within 10 s. Yüksek HPS içeriğine sahip kompozit numunelerin, iyileşme süresinin uzamasıyla birlikte önce artma ve daha sonra azalma eğilimi gösterdiğini belirtmek gerekir; bu da kompozit numunelerin aynı zamanda düşük kesme etkisi altında belirli bir derecede tiksotropi gösterdiğini gösterir. yapıları daha kararsız.

Üç aşamalı tiksotropinin niteliksel analizi, bildirilen tiksotropik halka testi sonuçlarıyla tutarlıdır, ancak niceliksel analiz sonuçları, tiksotropik halka testi sonuçlarıyla tutarsızdır. HPMC/HPS bileşik sisteminin tiksotropisi, HPS içeriğinin artmasıyla tiksotropik halka yöntemiyle ölçüldü [305]. Dejenerasyon önce azaldı, sonra arttı. Tiksotropik halka testi yalnızca tiksotropik fenomenin varlığını tahmin edebilir ancak bunu doğrulayamaz çünkü tiksotropik halka, kayma süresi ve kayma hızının eşzamanlı etkisinin sonucudur [325-327].

2.4 Bu bölümün özeti

Bu bölümde, termal jel HPMC ve soğuk jel HPS, soğuk ve sıcak jelden oluşan iki fazlı bir kompozit sistem oluşturmak için ana hammaddeler olarak kullanıldı. Viskozite, akış düzeni ve tiksotropi gibi reolojik özelliklerin etkisi. Çözeltideki polimerlerin farklı durumları ve konsantrasyonları arasındaki ortak ilişkiye göre, düşük sıcaklık çözeltisindeki HPMC/HPS bileşik sisteminin moleküler durum modeli önerilmiştir. Bileşik sistemdeki farklı bileşenlerin özelliklerinin logaritmik toplamı prensibine göre bileşik sistemin uyumluluğu araştırıldı. Başlıca bulgular aşağıdaki gibidir:

1. Farklı konsantrasyonlara sahip bileşik numunelerinin tümü belirli bir derecede kayma incelmesi gösterdi ve kesme incelmesinin derecesi konsantrasyonun artmasıyla arttı.
2. Konsantrasyon artışıyla birlikte bileşik sisteminin akış indeksi azaldı ve sıfır kayma viskozitesi ve viskozite katsayısı arttı; bu da bileşik sisteminin katı benzeri davranışının arttığını gösterdi.
3. HPMC/HPS bileşik sisteminde kritik bir konsantrasyon (%8) vardır, kritik konsantrasyonun altında, bileşik çözeltisindeki HPMC moleküler zincirleri ve HPS jel fazı bölgesi birbirinden ayrılır ve bağımsız olarak var olur; kritik konsantrasyona ulaşıldığında, bileşik çözeltisinde HPS fazının jel merkezi olduğu bir mikrojel durumu oluşturulur ve HPMC moleküler zincirleri iç içe geçerek birbirine bağlanır; Kritik konsantrasyonun üzerinde, kalabalık HPMC makromoleküler zincirleri ve bunların HPS faz bölgesi ile iç içe geçmesi daha karmaşıktır ve etkileşim daha karmaşıktır. daha yoğun olduğundan çözelti bir polimer eriyiği gibi davranır.
4. Bileşim oranının HPMC/HPS bileşik çözeltisinin reolojik özellikleri üzerinde önemli bir etkisi vardır. HPS içeriğinin artmasıyla birlikte, bileşik sistemin kayma incelmesi olgusu daha belirgindir, akış indeksi giderek azalır ve sıfır kayma viskozitesi ve viskozite katsayısı giderek artar. artar, bu da kompleksin katı benzeri davranışının önemli ölçüde arttığını gösterir.
5. Bileşik sisteminin sıfır kayma viskozitesi, logaritmik toplama kuralına göre belirli bir pozitif-negatif sapma sergiler. Bileşik sistemi, düşük sıcaklıkta sürekli faz-dağılımlı faz “deniz-ada” yapısına sahip iki fazlı bir sistemdir ve HPMC/HPS bileşik oranı 4:6'dan sonra azaldıkça, bileşik sistemin sürekli fazı değişmiştir.
6. Farklı bileşik oranlarına sahip bileşik çözeltilerin akış indeksi ile bileşik oranı arasında doğrusal bir ilişki vardır; bu, bileşik sistemin iyi bir uyumluluğa sahip olduğunu gösterir.
7. HPMC/HPS bileşik sistemi için, düşük viskoziteli bileşen sürekli faz olduğunda ve yüksek viskoziteli bileşen sürekli faz olduğunda, sürekli faz viskozitesinin bileşik sisteminin viskozitesine katkısı önemli ölçüde farklıdır. Düşük viskoziteli HPMC sürekli faz olduğunda, bileşik sisteminin viskozitesi temel olarak sürekli faz viskozitesinin katkısını yansıtır; yüksek viskoziteli HPS sürekli faz olduğunda, dağılma fazı olarak HPMC, yüksek viskoziteli HPS'nin viskozitesini azaltacaktır. etki.
8. Bileşik oranının bileşik sistemin tiksotropisi üzerindeki etkisini incelemek için üç aşamalı tiksotropi kullanıldı. Bileşik sistemin tiksotropisi, HPMC/HPS bileşik oranının azalmasıyla birlikte önce azalma, sonra artma eğilimi gösterdi.
9. Yukarıdaki deneysel sonuçlar, HPMC ve HPS'nin birleştirilmesi yoluyla, iki bileşenin viskozite, kayma incelmesi fenomeni ve tiksotropi gibi reolojik özelliklerinin belirli bir dereceye kadar dengelendiğini göstermektedir.

Bölüm 3 HPMC/HPS Yenilebilir Kompozit Filmlerin Hazırlanması ve Özellikleri

Polimer birleştirme, çok bileşenli performans tamamlayıcılığı elde etmenin, mükemmel performansa sahip yeni malzemeler geliştirmenin, ürün fiyatlarını düşürmenin ve malzemelerin uygulama aralığını genişletmenin en etkili yoludur [240-242, 328]. Daha sonra, farklı polimerler arasındaki belirli moleküler yapı farklılıkları ve konformasyonel entropi nedeniyle çoğu polimer bileşik sistemi uyumsuz veya kısmen uyumludur [11, 12]. Polimer bileşik sisteminin mekanik özellikleri ve diğer makroskopik özellikleri, her bir bileşenin fizikokimyasal özellikleri, her bir bileşenin bileşik oranı, bileşenler arasındaki uyumluluk ve iç mikroskobik yapı ve diğer faktörlerle yakından ilişkilidir [240, 329].

Kimyasal yapı açısından bakıldığında, hem HPMC hem de HPS hidrofilik curdlan'dır, aynı yapısal birime (glikoz) sahiptir ve aynı fonksiyonel grup olan hidroksipropil grubu tarafından modifiye edilir, dolayısıyla HPMC ve HPS'nin iyi bir faza sahip olması gerekir. Kapasite. Bununla birlikte, HPMC, düşük sıcaklıkta çok düşük viskoziteye sahip bir çözelti halinde olan ve yüksek sıcaklıkta bir kolloid oluşturan, termal olarak indüklenen bir jeldir; HPS, düşük sıcaklıkta bir jel olan ve yüksek sıcaklıkta çözelti halinde olan, soğukla ​​indüklenen bir jeldir; jel koşulları ve davranışı tamamen zıttır. HPMC ve HPS'nin birleştirilmesi, iyi uyumluluğa sahip homojen bir sistemin oluşumuna yardımcı değildir. Hem kimyasal yapı hem de termodinamik dikkate alındığında, soğuk-sıcak jel bileşik sistemi oluşturmak için HPMC'yi HPS ile birleştirmek büyük teorik öneme ve pratik değere sahiptir.

Bu bölüm, HPMC/HPS soğuk ve sıcak jel bileşik sistemindeki bileşenlerin doğal özelliklerinin incelenmesine, mikroskobik morfoloji üzerindeki bileşik oranı ve ortamın bağıl nemine, uyumluluk ve faz ayrımına, mekanik özelliklere, optik özelliklere odaklanmaktadır. ve bileşik sistemin termal düşme özellikleri. Ve oksijen bariyeri özellikleri gibi makroskopik özelliklerin etkisi.

3.1 Malzemeler ve Ekipman

3.1.1 Ana deney malzemeleri

3.1.2 Ana aletler ve ekipmanlar

3.2 Deneysel yöntem

3.2.1 HPMC/HPS yenilebilir kompozit filmin hazırlanması

HPMC ve HPS'nin %15 (ağırlık/ağırlık) kuru tozu, %3 (ağırlık/ağırlık) ile karıştırıldı. Polietilen glikol plastikleştirici, bileşik film oluşturucu sıvıyı ve HPMC/ yenilebilir kompozit filmi elde etmek için deiyonize su içinde birleştirildi. HPS döküm yöntemiyle hazırlandı.

Hazırlama yöntemi: öncelikle HPMC ve HPS kuru tozunu tartın ve bunları farklı oranlara göre karıştırın; daha sonra 70 °C'deki suya ekleyin ve HPMC'nin tamamen dağılması için 30 dakika boyunca 120 rpm/dakika hızla karıştırın; daha sonra çözeltiyi 95 °C'nin üzerine ısıtın, HPS'yi tamamen jelatinleştirmek için aynı hızda 1 saat hızla karıştırın; Jelatinleşme tamamlandıktan sonra çözeltinin sıcaklığı hızla 70°C'ye düşürülür ve çözelti 80 rpm/dakikalık yavaş bir hızda 40 dakika süreyle karıştırılır. HPMC'yi tamamen çözün. 20 g karışık film oluşturucu çözeltiyi 15 cm çapında bir polistiren petri kabına dökün, düz bir şekilde dökün ve 37 °C'de kurutun. Yenilebilir bir kompozit membran elde etmek için kurutulmuş film diskten soyulur.

Yenilebilir filmlerin tümü, testten önce 3 günden fazla bir süre boyunca %57 nemde dengelendi ve mekanik özellik testi için kullanılan yenilebilir film kısmı, 3 günden fazla bir süre boyunca %75 nemde dengelendi.

3.2.2 HPMC/HPS'nin yenilebilir kompozit filminin mikromorfolojisi

3.2.2.1 Taramalı elektron mikroskobunun analiz prensibi

Taramalı Elektron Mikroskobunun (SEM) üstündeki elektron tabancası yüksek miktarda elektron yayabilir. İndirgenip odaklandıktan sonra belirli bir enerji ve yoğunlukta bir elektron ışını oluşturabilir. Tarama bobininin manyetik alanı tarafından belirli bir zaman ve uzay sırasına göre tahrik edilir. Numunenin yüzeyini noktadan noktaya tarayın. Yüzey mikro alanının özelliklerindeki farklılık nedeniyle, numune ile elektron ışını arasındaki etkileşim, dedektör tarafından toplanan ve video tarafından güçlendirilen elektrik sinyallerine dönüştürülen farklı yoğunluklarda ikincil elektron sinyalleri üretecektir. ve resim tüpünün ızgarasına giriş, resim tüpünün parlaklığını ayarladıktan sonra, numunenin yüzeyindeki mikro bölgenin morfolojisini ve özelliklerini yansıtabilen ikincil bir elektron görüntüsü elde edilebilir. Geleneksel optik mikroskoplarla karşılaştırıldığında, SEM'in çözünürlüğü nispeten yüksektir, numunenin yüzey katmanının yaklaşık 3nm-6nm'si olup, malzemelerin yüzeyindeki mikro yapı özelliklerinin gözlemlenmesi için daha uygundur.

3.2.2.2 Test yöntemi

Yenilebilir film, kurutma için bir kurutucuya yerleştirildi ve uygun boyutta yenilebilir film seçildi, SEM özel numune aşamasına iletken yapıştırıcı ile yapıştırıldı ve ardından bir vakum kaplayıcı ile altın kaplandı. Test sırasında numune SEM'e konularak numunenin mikroskobik morfolojisi gözlemlendi ve 5 kV elektron ışını hızlanma voltajı altında 300 kat ve 1000 kat büyütmede fotoğraflandı.

3.2.3 HPMC/HPS yenilebilir kompozit filmin ışık geçirgenliği

3.2.3.1 UV-Vis spektrofotometrisinin analiz prensibi

UV-Vis spektrofotometresi 200~800nm ​​dalga boyunda ışık yayabilir ve bunu nesneye ışınlayabilir. Gelen ışıktaki ışığın bazı spesifik dalga boyları malzeme tarafından emilir ve moleküler titreşim enerji seviyesi geçişi ve elektronik enerji seviyesi geçişi meydana gelir. Her madde farklı moleküler, atomik ve moleküler uzaysal yapılara sahip olduğundan, her maddenin kendine özgü absorpsiyon spektrumu vardır ve maddenin içeriği, absorpsiyon spektrumu üzerindeki belirli bazı dalga boylarındaki absorbans seviyesine göre belirlenebilir veya belirlenebilir. Bu nedenle UV-Vis spektrofotometrik analizi, maddelerin bileşimini, yapısını ve etkileşimini incelemek için etkili araçlardan biridir.

Bir ışık demeti bir nesneye çarptığında, gelen ışığın bir kısmı nesne tarafından emilir ve gelen ışığın diğer kısmı nesnenin içinden iletilir; iletilen ışık yoğunluğunun gelen ışık yoğunluğuna oranı geçirgenliktir.

Absorbans ve geçirgenlik arasındaki ilişkinin formülü şöyledir:

Bunlar arasında A absorbanstır;

T geçirgenliktir, %.

Nihai absorbans, absorbans x 0,25 mm/kalınlık ile eşit şekilde düzeltildi.

3.2.3.2 Test yöntemi

%5 HPMC ve HPS çözeltileri hazırlayın, farklı oranlara göre karıştırın, 10 g film oluşturucu çözeltiyi 15 cm çapında bir polistiren petri kabına dökün ve bir film oluşturmak için 37 °C'de kurutun. Yenilebilir filmi 1 mm x 3 mm'lik dikdörtgen bir şerit halinde kesin, küvete koyun ve yenilebilir filmi küvetin iç duvarına yakın hale getirin. Numuneleri 200-800 nm'lik tam dalga boyunda taramak için bir WFZ UV-3802 UV-vis spektrofotometresi kullanıldı ve her numune 5 kez test edildi.

3.2.4 HPMC/HPS yenilebilir kompozit filmlerin dinamik termomekanik özellikleri

3.2.4.1 Dinamik termomekanik analiz ilkesi

Dinamik Termomekanik Analiz (DMA), belirli bir şok yükü ve programlanmış sıcaklık altında numunenin kütlesi ve sıcaklığı arasındaki ilişkiyi ölçebilen ve periyodik alternatif stres ve zaman etkisi altında numunenin mekanik özelliklerini test edebilen bir araçtır. sıcaklık ve sıcaklık. frekans ilişkisi.

Yüksek moleküler polimerler, bir yandan elastomer gibi mekanik enerji depolayabilen, diğer yandan mukus gibi enerji tüketebilen viskoelastik özelliklere sahiptir. Periyodik alternatif kuvvet uygulandığında elastik kısım enerjiyi potansiyel enerjiye dönüştürür ve depolar; viskoz kısım ise enerjiyi ısı enerjisine dönüştürerek kaybeder. Polimer malzemeler genellikle iki düşük sıcaklık cam durumu ve yüksek sıcaklık kauçuk durumu sergiler ve iki durum arasındaki geçiş sıcaklığı, cam geçiş sıcaklığıdır. Camsı geçiş sıcaklığı malzemelerin yapısını ve özelliklerini doğrudan etkiler ve polimerlerin en önemli karakteristik sıcaklıklarından biridir.

Polimerlerin dinamik termomekanik özellikleri analiz edilerek polimerlerin viskoelastisiteleri gözlemlenebilir ve polimerlerin performansını belirleyen önemli parametreler elde edilebilir, böylece gerçek kullanım ortamına daha iyi uygulanabilirler. Ayrıca dinamik termomekanik analiz, cam geçişine, faz ayrılmasına, çapraz bağlanmaya, kristalleşmeye ve moleküler segmentlerin tüm seviyelerindeki moleküler harekete karşı çok hassastır ve polimerlerin yapısı ve özellikleri hakkında birçok bilgi elde edebilir. Genellikle polimer moleküllerini incelemek için kullanılır. hareket davranışı. DMA'nın sıcaklık tarama modunu kullanarak cam geçişi gibi faz geçişlerinin oluşumu test edilebilir. DSC ile karşılaştırıldığında DMA daha yüksek hassasiyete sahiptir ve gerçek kullanımı simüle eden malzemelerin analizi için daha uygundur.

3.2.4.2 Test yöntemi

Temiz, düzgün, düz ve hasarsız numuneler seçin ve bunları 10mm×20mm dikdörtgen şeritler halinde kesin. Numuneler, PerkinElmer, ABD'den Pydris Diamond dinamik termomekanik analiz cihazı kullanılarak çekme modunda test edildi. Test sıcaklığı aralığı 25~150 °C, ısıtma hızı 2 °C/dakika, frekans 1 Hz idi ve test her numune için iki kez tekrarlandı. Deney sırasında numunenin depolama modülü (E') ve kayıp modülü (E") kaydedildi ve kayıp modülünün depolama modülüne oranı, yani tanjant açısı tan δ da hesaplanabildi.

3.2.5 HPMC/HPS yenilebilir kompozit filmlerin termal stabilitesi

3.2.5.1 Termogravimetrik analiz prensibi

Termal Gravimetrik Analiz Cihazı (TGA), programlanmış bir sıcaklıkta bir numunenin kütlesinin sıcaklık veya zamanla değişimini ölçebilir ve ısıtma işlemi sırasında maddelerin olası buharlaşmasını, erimesini, süblimleşmesini, dehidrasyonunu, ayrışmasını ve oksidasyonunu incelemek için kullanılabilir. . ve diğer fiziksel ve kimyasal olaylar. Numune test edildikten hemen sonra elde edilen maddenin kütlesi ile sıcaklık (veya zaman) arasındaki ilişki eğrisine termogravimetrik (TGA eğrisi) adı verilir. kilo kaybı ve diğer bilgiler. Türev Termogravimetrik eğri (DTG eğrisi), test edilen numunenin ağırlık kaybı oranının sıcaklık veya zamana göre değişimini yansıtan TGA eğrisinin birinci dereceden türetilmesinden sonra elde edilebilir ve tepe noktası sabitin maksimum noktasıdır. oran.

3.2.5.2 Test yöntemi

Tekdüze kalınlığa sahip yenilebilir filmi seçin, termogravimetrik analiz cihazı test diskiyle aynı çapta bir daire halinde kesin ve ardından test diski üzerine düz bir şekilde yerleştirin ve 20 mL/dak akış hızına sahip nitrojen atmosferinde test edin. . Sıcaklık aralığı 30-700 °C, ısıtma hızı 10 °C/dakikaydı ve her numune iki kez test edildi.

3.2.6.1 Çekme özelliği analizi ilkesi

3.2.6 HPMC/HPS yenilebilir kompozit filmlerin gerilme özellikleri

Mekanik özellik test cihazı, spline kırılana kadar belirli sıcaklık, nem ve hız koşulları altında uzunlamasına eksen boyunca spline'a statik bir çekme yükü uygulayabilir. Test sırasında spline'a uygulanan yük ve deformasyon miktarı mekanik özellik test cihazı tarafından kaydedildi ve spline'ın çekme deformasyonu sırasındaki gerilim-gerinim eğrisi çizildi. Gerilim-gerinim eğrisinden, filmin gerilme özelliklerini değerlendirmek için gerilme mukavemeti (ζt), kopma uzaması (εb) ve elastik modül (E) hesaplanabilir.

Malzemelerin gerilim-gerinim ilişkisi genel olarak iki kısma ayrılabilir: elastik deformasyon bölgesi ve plastik deformasyon bölgesi. Elastik deformasyon bölgesinde, malzemenin gerilimi ve gerinimi doğrusal bir ilişkiye sahiptir ve bu andaki deformasyon tamamen geri kazanılabilir; bu da Cook yasasına uygundur; Plastik deformasyon bölgesinde malzemenin gerilmesi ve gerinimi artık doğrusal değildir ve bu sırada meydana gelen deformasyon geri döndürülemez bir şekilde gerçekleşir ve sonunda malzeme kırılır.

Çekme mukavemeti hesaplama formülü:

Burada: çekme mukavemeti, MPa;

p maksimum yük veya kopma yüküdür, N;

b numune genişliğidir, mm;

d numunenin kalınlığıdır, mm.

Kopmadaki uzamayı hesaplama formülü:

Burada: εb kopma uzamasıdır, %;

L, numune kırıldığında işaretleme çizgileri arasındaki mesafedir, mm;

L0 numunenin orijinal ölçüm uzunluğu, mm'dir.

Elastik modül hesaplama formülü:

Bunlar arasında: E elastiklik modülüdür, MPa;

ζ strestir, MPa;

3.2.6.2 Test yöntemi

Temiz, tekdüze, düz ve hasarsız numuneler seçin, GB13022-91 ulusal standardına bakın ve bunları toplam uzunluğu 120 mm olan dambıl şeklindeki kamalar halinde kesin, fikstürler arasındaki başlangıç ​​mesafesi 86 mm, işaretler arasındaki mesafe 40 mm'dir ve 10 mm genişlik. Kamalar %75 ve %57 (doymuş sodyum klorür ve sodyum bromit çözeltisi atmosferinde) nem oranına yerleştirildi ve ölçümden önce 3 günden fazla bir süre boyunca dengelendi. Bu deneyde, test için Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Instron Corporation'ın ASTM D638, 5566 mekanik özellik test cihazı ve onun 2712-003 pnömatik kelepçesi kullanıldı. Çekme hızı 10 mm/dak olup numune 7 kez tekrarlanarak ortalama değer hesaplandı.

3.2.7 HPMC/HPS yenilebilir kompozit filmin oksijen geçirgenliği

3.2.7.1 Oksijen geçirgenliği analizinin prensibi

Test numunesi yerleştirildikten sonra test boşluğu A ve B olmak üzere iki parçaya bölünür; A boşluğuna belirli bir akış hızına sahip yüksek saflıkta bir oksijen akışı ve B boşluğuna belirli bir akış hızına sahip bir nitrojen akışı geçirilir; Test işlemi sırasında, A boşluğu Oksijen, numunenin içinden B boşluğuna nüfuz eder ve B boşluğuna sızan oksijen, nitrojen akışı tarafından taşınır ve oksijen sensörüne ulaşmak için B boşluğundan ayrılır. Oksijen sensörü nitrojen akışındaki oksijen içeriğini ölçer ve karşılık gelen bir elektrik sinyali verir, böylece örnek oksijeni hesaplar. geçirgenlik.

Hasar görmemiş yenilebilir kompozit filmleri seçin, bunları 10,16 x 10,16 cm elmas şekilli numuneler halinde kesin, kelepçelerin kenar yüzeylerini vakumlu gresle kaplayın ve numuneleri test bloğuna kelepçeleyin. ASTM D-3985'e göre test edilen her numunenin 50 cm2 test alanı vardır.

3.3 Sonuçlar ve Tartışma

3.3.1 Yenilebilir kompozit filmlerin mikroyapı analizi

Film oluşturucu sıvının bileşenleri ile kurutma koşulları arasındaki etkileşim, filmin son yapısını belirler ve filmin çeşitli fiziksel ve kimyasal özelliklerini ciddi şekilde etkiler [330, 331]. Her bir bileşenin doğal jel özellikleri ve bileşik oranı, bileşiğin morfolojisini etkileyebilir, bu da membranın yüzey yapısını ve nihai özelliklerini daha da etkiler [301, 332]. Bu nedenle, filmlerin mikroyapısal analizi, her bir bileşenin moleküler yeniden düzenlenmesi hakkında ilgili bilgiler sağlayabilir ve bu da filmlerin bariyer özelliklerini, mekanik özelliklerini ve optik özelliklerini daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.

HPS/HPMC yenilebilir filmlerin farklı oranlardaki yüzey taramalı elektron mikroskobu mikrografları Şekil 3-1'de gösterilmektedir. Şekil 3-1'den görülebileceği gibi, bazı numunelerin yüzeyinde, test sırasında numunedeki nemin azalmasından veya mikroskop boşluğundaki elektron ışınının saldırısından kaynaklanabilecek mikro çatlaklar görülmüştür [122] , 139]. Şekilde saf HPS membranı ve saf HPMC görülmektedir. Membranlar nispeten pürüzsüz mikroskobik yüzeyler gösterdi ve saf HPS membranlarının mikro yapısı, saf HPMC membranlarından daha homojen ve pürüzsüzdü; bu, esas olarak soğutma işlemi sırasındaki nişasta makromoleküllerinden (amiloz molekülleri ve amilopektin molekülleri) kaynaklanıyor olabilir.) daha iyi moleküler yeniden düzenleme elde etti. sulu çözelti içinde. Birçok çalışma soğutma işleminde amiloz-amilopektin-su sisteminin etkili olduğunu göstermiştir.

Jel oluşumu ve faz ayrılması arasında rekabetçi bir mekanizma olabilir. Faz ayrılma hızı jel oluşum hızından düşükse sistemde faz ayrımı gerçekleşmeyecek, aksi takdirde sistemde faz ayrımı meydana gelecektir [333, 334]. Ayrıca, amiloz içeriği %25'i aştığında amilozun jelatinleşmesi ve sürekli amiloz ağ yapısı, faz ayrılmasının görünümünü önemli ölçüde engelleyebilir [334]. Bu yazıda kullanılan HPS'nin amiloz içeriği %80'dir, yani %25'ten çok daha yüksektir, dolayısıyla saf HPS membranlarının saf HPMC membranlarından daha homojen ve daha pürüzsüz olduğu olgusunu daha iyi göstermektedir.

Şekillerin karşılaştırılmasından, tüm kompozit filmlerin yüzeylerinin nispeten pürüzlü olduğu ve bazı düzensiz tümseklerin dağıldığı görülebilir; bu, HPMC ile HPS arasında belirli bir derecede karışmazlık olduğunu gösterir. Ayrıca yüksek HPMC içeriğine sahip kompozit membranlar, yüksek HPS içeriğine sahip olanlara göre daha homojen bir yapı sergilemiştir. 37 °C film oluşturma sıcaklığında HPS bazlı yoğunlaşma

Jel özelliklerine bağlı olarak HPS, viskoz bir jel durumu sundu; HPMC'nin termal jel özelliklerini temel alan HPMC, suya benzer bir çözüm durumu sundu. Yüksek HPS içeriğine (7:3 HPS/HPMC) sahip kompozit membranda, viskoz HPS sürekli fazdır ve suya benzer HPMC, iletken olmayan yüksek viskoziteli HPS sürekli fazda dağılmış faz olarak dağılır. dağılmış fazın düzgün dağılımına; Yüksek HPMC içeriğine (3:7 HPS/HPMC) sahip kompozit filmde, düşük viskoziteli HPMC sürekli faza dönüşür ve viskoz HPS, düşük viskoziteli HPMC fazında dağılmış faz olarak dağılır, bu da homojen bir fazın oluşumu. bileşik sistem.

Tüm kompozit filmlerin pürüzlü ve homojen olmayan yüzey yapıları göstermesine rağmen, HPMC ve HPS'nin iyi bir uyumluluğa sahip olduğunu gösteren belirgin bir faz arayüzünün bulunmadığı şekilde görülebilir. PEG gibi plastikleştiriciler içermeyen HPMC/nişasta kompozit filmleri belirgin faz ayrımı [301] gösterdi, bu da hem nişastanın hidroksipropil modifikasyonunun hem de PEG plastikleştiricilerin kompozit sistemin uyumluluğunu geliştirebileceğini gösteriyor.

3.3.2 Yenilebilir kompozit filmlerin optik özelliklerinin analizi

Farklı oranlardaki yenilebilir HPMC/HPS kompozit filmlerin ışık geçirgenliği özellikleri UV-vis spektrofotometre ile test edilmiş ve UV spektrumları Şekil 3-2'de gösterilmiştir. Işık geçirgenlik değeri ne kadar büyük olursa film o kadar düzgün ve şeffaf olur; tam tersi, ışık geçirgenlik değeri ne kadar küçük olursa film o kadar düzensiz ve opak olur. Şekil 3-2(a)'dan tüm kompozit filmlerin tam dalga boyu tarama aralığında tarama dalga boyunun artmasıyla benzer bir eğilim gösterdiği ve dalga boyunun artmasıyla ışık geçirgenliğinin kademeli olarak arttığı görülmektedir. 350 nm'de eğriler düzleşme eğilimindedir.

Karşılaştırma için 500 nm dalga boyundaki geçirgenliği seçin, Şekil 3-2(b)'de gösterildiği gibi, saf HPS filmin geçirgenliği saf HPMC filmin geçirgenliğinden daha düşüktür ve HPMC içeriğinin artmasıyla önce geçirgenlik azalır, minimum değere ulaştıktan sonra ise artırılmıştır. HPMC içeriği %70'e yükseldiğinde kompozit filmin ışık geçirgenliği saf HPS'ninkinden daha yüksekti. Homojen bir sistemin daha iyi ışık geçirgenliği sergileyeceği ve UV ile ölçülen geçirgenlik değerinin genellikle daha yüksek olduğu iyi bilinmektedir; inhomogeneous materials are generally more-opaque and have lower UV transmittance values. Kompozit filmlerin geçirgenlik değerleri (7:3, 5:5), saf HPS ve HPMC filmlerinkinden daha düşüktü; bu, HPS ve HPMC'nin iki bileşeni arasında belirli bir derecede faz ayrımı olduğunu gösterir.

Şekil 3-2 HPS/HPMC karışım filmleri için tüm dalga boylarında (a) ve 500 nm'de (b) UV spektrumları. Çubuk ortalama ± standart sapmaları temsil eder. ac: different letters are significantly different with various blend ratio (p < 0.05), applied in the full dissertation

3.3.3 Yenilebilir kompozit filmlerin dinamik termomekanik analizi

Şekil 3-3, farklı formülasyonlara sahip yenilebilir HPMC/HPS filmlerinin dinamik termomekanik özelliklerini göstermektedir. Şekil 3-3(a)'da HPMC içeriğinin artmasıyla depolama modülünün (E') azaldığı görülebilir. Ek olarak, saf HPS (10:0) filmin depolama modülünün sıcaklık 70 °C'ye yükseltildikten sonra hafifçe artması dışında tüm örneklerin depolama modülü artan sıcaklıkla birlikte kademeli olarak azaldı. Yüksek sıcaklıkta, yüksek HPMC içeriğine sahip kompozit film için, kompozit filmin depolama modülü, sıcaklığın artmasıyla birlikte belirgin bir düşüş eğilimine sahiptir; yüksek HPS içeriğine sahip numune için depolama modülü sıcaklığın artmasıyla yalnızca biraz azalır.

Şekil 3-3 HPS/HPMC karışım filmlerinin depolama modülü (E′) (a) ve kayıp tanjantı (tan δ) (b)

Şekil 3-3(b)'den, HPMC içeriği %30'dan yüksek (5:5, 3:7, 0:10) olan numunelerin hepsinin bir cam geçiş zirvesi gösterdiği ve HPMC içeriğinin artmasıyla birlikte, camsı geçişte geçiş sıcaklığı yüksek sıcaklığa kaymıştır, bu da HPMC polimer zincirinin esnekliğinin azaldığını göstermektedir. Öte yandan, saf HPS membranı 67 °C civarında büyük bir zarf zirvesi sergilerken, %70 HPS içeriğine sahip kompozit membranda belirgin bir cam geçişi yoktur. Bunun nedeni, HPMC ve HPS arasında belirli bir derecede etkileşim olması ve dolayısıyla HPMC ve HPS'nin moleküler bölümlerinin hareketinin kısıtlanması olabilir.

3.3.4 Yenilebilir kompozit filmlerin termal stabilite analizi

Şekil 3-4 HPS/HPMC karışım filmlerinin TGA eğrileri (a) ve bunların türev (DTG) eğrileri (b)

HPMC/HPS'nin yenilebilir kompozit filminin termal stabilitesi, termogravimetrik analiz cihazı ile test edildi. Şekil 3-4 kompozit filmin termogravimetrik eğrisini (TGA) ve ağırlık kaybı oranı eğrisini (DTG) göstermektedir. From the TGA curve in Figure 3-4(a), it can be seen that the composite membrane samples with different ratios show two obvious thermogravimetric change stages with the increase of temperature. Polisakkarit makromolekülü tarafından adsorbe edilen suyun buharlaşması, gerçek termal bozulma meydana gelmeden önce 30-180 °C'de küçük bir ağırlık kaybı aşamasına neden olur. Daha sonra, 300~450 °C'de daha büyük bir ağırlık kaybı aşaması vardır; burada HPMC ve HPS'nin termal bozunma aşaması vardır.

From the DTG curves in Figure 3-4(b), it can be seen that the thermal degradation peak temperatures of pure HPS and pure HPMC are 338 °C and 400 °C, respectively, and the thermal degradation peak temperature of pure HPMC is HPS'ninkinden daha yüksektir, bu da HPMC'nin HPS'den daha iyi termal stabiliteye sahip olduğunu gösterir. When the HPMC content was 30% (7:3), a single peak appeared at 347 °C, which corresponds to the characteristic peak of HPS, but the temperature was higher than the thermal degradation peak of HPS; HPMC içeriği %70 (3:7) olduğunda, 400 °C'de yalnızca HPMC'nin karakteristik zirvesi ortaya çıktı; HPMC içeriği %50 olduğunda, DTG eğrisinde sırasıyla 345°C ve 396°C olmak üzere iki termal bozunma zirvesi ortaya çıktı. Tepe noktaları sırasıyla HPS ve HPMC'nin karakteristik tepe noktalarına karşılık gelir, ancak HPS'ye karşılık gelen termal bozunma tepe noktası daha küçüktür ve her iki tepe noktası da belirli bir kaymaya sahiptir. Kompozit membranların çoğunun yalnızca belirli bir bileşene karşılık gelen karakteristik tek bir tepe noktası gösterdiği ve saf bileşen membranına kıyasla dengelenmiş olduğu görülebilir, bu da HPMC ve HPS bileşenleri arasında belirli bir fark olduğunu gösterir. uyumluluk derecesi. Kompozit membranın termal bozunma tepe sıcaklığı, saf HPS'ninkinden daha yüksekti; bu, HPMC'nin, HPS membranının termal stabilitesini belirli bir dereceye kadar artırabildiğini gösteriyor.

3.3.5 Yenilebilir kompozit filmin mekanik özelliklerinin analizi

Farklı oranlardaki HPMC/HPS kompozit filmlerin çekme özellikleri, mekanik özellik analiz cihazı ile 25 °C'de, %57 ve %75 bağıl nemde ölçülmüştür. Şekil 3-5, farklı bağıl nem altında farklı oranlarda HPMC/HPS kompozit filmlerin elastik modülünü (a), kopma uzamasını (b) ve gerilme mukavemetini (c) göstermektedir. Şekilden bağıl nem %57 olduğunda saf HPS filmin elastik modülü ve çekme mukavemetinin en büyük, saf HPMC'nin ise en küçük olduğu görülebilir. With the increase of HPS content, the elastic modulus and tensile strength of the composite films increased continuously. Saf HPMC membranın kopma uzaması, saf HPS membranınkinden çok daha büyüktür ve her ikisi de kompozit membranınkinden daha büyüktür.

Bağıl nem, %57 bağıl neme kıyasla daha yüksek olduğunda (%75), tüm numunelerin elastik modülü ve çekme mukavemeti azalırken kopma uzaması önemli ölçüde arttı. Bunun temel nedeni, genelleştirilmiş bir plastikleştirici olarak suyun HPMC ve HPS matrisini seyreltebilmesi, polimer zincirleri arasındaki kuvveti azaltabilmesi ve polimer bölümlerinin hareketliliğini geliştirebilmesidir. Yüksek bağıl nemde, saf HPMC filmlerin elastik modülü ve gerilme mukavemeti, saf HPS filmlerden daha yüksekti, ancak kopma uzaması daha düşüktü; bu, düşük nemdeki sonuçlardan tamamen farklı bir sonuçtu. Bileşen oranlarına sahip kompozit filmlerin mekanik özelliklerinin %75'lik yüksek nemdeki değişiminin, %57'lik bağıl nemdeki durumla karşılaştırıldığında düşük nemdeki değişimin tamamen tersi olduğunu belirtmekte fayda var. Yüksek nem altında filmin nem içeriği artar ve su, yalnızca polimer matrisi üzerinde belirli bir plastikleştirici etkiye sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda nişastanın yeniden kristalleşmesini de destekler. HPMC ile karşılaştırıldığında HPS'nin yeniden kristalleşme eğilimi daha güçlüdür, dolayısıyla bağıl nemin HPS üzerindeki etkisi HPMC'ninkinden çok daha fazladır.

Şekil 3-5 Farklı göreceli alçakgönüllülük (RH) koşulları altında dengelenen farklı HPS/HPMC oranlarına sahip HPS/HPMC filmlerinin gerilme özellikleri. *: tezin tamamında uygulanan farklı sayı harfleri, çeşitli RH ile önemli ölçüde farklıdır

3.3.6 Yenilebilir Kompozit Filmlerin Oksijen Geçirgenliğinin Analizi

Yenilebilir kompozit film, gıdanın raf ömrünü uzatmak için gıda ambalaj malzemesi olarak kullanılır ve oksijen bariyeri performansı önemli göstergelerden biridir. Bu nedenle farklı HPMC/HPS oranlarına sahip yenilebilir filmlerin oksijen iletim oranları 23 °C sıcaklıkta ölçülmüş ve sonuçlar Şekil 3-6'da gösterilmiştir. Şekilden saf HPS membranının oksijen geçirgenliğinin saf HPMC membranından önemli ölçüde daha düşük olduğu görülebilmektedir, bu da HPS membranının HPMC membranından daha iyi oksijen bariyeri özelliklerine sahip olduğunu göstermektedir. Düşük viskozite ve amorf bölgelerin varlığı nedeniyle, HPMC'nin filmde nispeten gevşek, düşük yoğunluklu bir ağ yapısı oluşturması kolaydır; HPS ile karşılaştırıldığında yeniden kristalleşme eğilimi daha yüksektir ve filmde yoğun bir yapı oluşturmak kolaydır. Birçok çalışma, nişasta filmlerinin diğer polimerlerle karşılaştırıldığında iyi oksijen bariyeri özelliklerine sahip olduğunu göstermiştir [139, 301, 335, 336].

Şekil 3-6 HPS/HPMC karışım filmlerinin oksijen geçirgenliği

HPS'nin eklenmesi, HPMC membranlarının oksijen geçirgenliğini önemli ölçüde azaltabilir ve kompozit membranların oksijen geçirgenliği, HPS içeriğinin artmasıyla keskin bir şekilde azalır. Oksijen geçirmez HPS'nin eklenmesi, kompozit membrandaki oksijen kanalının kıvrımlılığını arttırabilir, bu da oksijen geçirgenlik oranında bir azalmaya ve sonuçta oksijen geçirgenliğinin azalmasına yol açar. Diğer doğal nişastalar için de benzer sonuçlar rapor edilmiştir [139,301].

3.4 Bu bölümün özeti

In this chapter, using HPMC and HPS as the main raw materials, and adding polyethylene glycol as a plasticizer, the edible composite films of HPMC/HPS with different ratios were prepared by the casting method. Bileşenlerin doğal özelliklerinin ve bileşik oranının kompozit membranın mikroskobik morfolojisi üzerindeki etkisi taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiştir; kompozit membranın mekanik özellikleri, mekanik özellikler test cihazı tarafından incelenmiştir. Bileşenlerin doğal özelliklerinin ve bileşik oranının kompozit filmin oksijen bariyeri özellikleri ve ışık geçirgenliği üzerindeki etkisi, oksijen geçirgenliği test cihazı ve UV-vis spektrofotometresi ile incelenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu, termogravimetrik analiz ve dinamik termal analiz kullanıldı. Soğuk-sıcak jel bileşik sisteminin uyumluluğunu ve faz ayrımını incelemek için mekanik analiz ve diğer analitik yöntemler kullanıldı. Başlıca bulgular aşağıdaki gibidir:

1. Saf HPMC ile karşılaştırıldığında, saf HPS'nin homojen ve pürüzsüz bir mikroskobik yüzey morfolojisi oluşturması daha kolaydır. Bunun temel nedeni, soğutma işlemi sırasında nişasta sulu çözeltisindeki nişasta makromoleküllerinin (amiloz molekülleri ve amilopektin molekülleri) daha iyi moleküler yeniden düzenlenmesidir.
2. Yüksek HPMC içeriğine sahip bileşiklerin homojen membran yapıları oluşturma olasılığı daha yüksektir. Bu esas olarak HPMC ve HPS'nin jel özelliklerine dayanmaktadır. Film oluşturma sıcaklığında, HPMC ve HPS sırasıyla düşük viskoziteli bir çözelti durumu ve yüksek viskoziteli bir jel durumu gösterir. Yüksek viskoziteli dağılmış faz, düşük viskoziteli sürekli fazda dağılır. homojen bir sistem oluşturmak daha kolaydır.
3. Bağıl nemin, HPMC/HPS kompozit filmlerin mekanik özellikleri üzerinde önemli bir etkisi vardır ve HPS içeriğinin artmasıyla bu etkinin derecesi de artar. Daha düşük bağıl nemde, HPS içeriğinin artmasıyla birlikte kompozit filmlerin hem elastik modülü hem de çekme mukavemeti arttı ve kompozit filmlerin kopma uzaması, saf bileşen filmlerininkinden önemli ölçüde daha düşüktü. With the increase of relative humidity, the elastic modulus and tensile strength of the composite film decreased, and the elongation at break increased significantly, and the relationship between the mechanical properties of the composite film and the compounding ratio showed a completely opposite change pattern under different bağıl nem. The mechanical properties of composite membranes with different compounding ratios show an intersection under different relative humidity conditions, which provides the possibility to optimize product performance according to different application requirements.
5. HPMC/HPS soğuk ve sıcak jel bileşik sisteminde iki bileşen arasında belirli bir uyumluluk vardır. Tüm kompozit filmlerin SEM görüntülerinde belirgin bir iki fazlı arayüz bulunamadı, kompozit filmlerin çoğunun DMA sonuçlarında yalnızca bir cam geçiş noktası vardı ve kompozit filmlerin çoğunun DTG eğrilerinde yalnızca bir termal bozunma zirvesi ortaya çıktı filmler. Bu, HPMC ile HPS arasında belirli bir tanımlayıcılığın olduğunu göstermektedir.

Yukarıdaki deneysel sonuçlar, HPS ve HPMC'nin birleştirilmesinin yalnızca HPMC yenilebilir filmin üretim maliyetini azaltmakla kalmayıp aynı zamanda performansını da artırabildiğini göstermektedir. Yenilebilir kompozit filmin mekanik özellikleri, oksijen bariyeri özellikleri ve optik özellikleri, iki bileşenin bileşik oranının ve dış ortamın bağıl neminin ayarlanmasıyla elde edilebilir.

Compared with the higher mixing entropy during metal alloy mixing, the mixing entropy during polymer compounding is usually very small, and the heat of compounding during compounding is usually positive, resulting in polymer compounding processes. Gibbs serbest enerji değişimi pozitiftir (���>), bu nedenle polimer formülasyonları faz ayrımlı iki fazlı sistemler oluşturma eğilimindedir ve tamamen uyumlu polimer formülasyonları çok nadirdir [242].

Karışabilir bileşik sistemleri genellikle termodinamikte moleküler düzeyde karışabilirliğe ulaşabilir ve homojen bileşikler oluşturabilir, dolayısıyla çoğu polimer bileşik sistemi karışmaz. Ancak birçok polimer bileşik sistemi belirli koşullar altında uyumlu bir duruma ulaşabilir ve belirli uyumluluğa sahip bileşik sistemler haline gelebilir [257].

Polimer kompozit sistemlerinin mekanik özellikleri gibi makroskopik özellikler, büyük ölçüde bileşenlerinin etkileşimine ve faz morfolojisine, özellikle bileşenler arasındaki uyumluluğa ve sürekli ve dağınık fazların bileşimine bağlıdır [301]. Bu nedenle, kompozit sistemin mikroskobik morfolojisini ve makroskobik özelliklerini incelemek ve bunlar arasındaki ilişkiyi kurmak büyük önem taşımaktadır; bu, kompozit sistemin faz yapısını ve uyumluluğunu kontrol ederek kompozit malzemelerin özelliklerini kontrol etmek için büyük önem taşımaktadır.

Karmaşık sistemin morfolojisini ve faz diyagramını inceleme sürecinde, farklı bileşenleri ayırt etmek için uygun araçların seçilmesi çok önemlidir. Bununla birlikte, HPMC ve HPS arasındaki ayrım oldukça zordur çünkü her ikisi de iyi şeffaflığa ve benzer kırılma indisine sahiptir, bu nedenle iki bileşeni optik mikroskopla ayırt etmek zordur; Ek olarak, her ikisi de organik karbon bazlı malzeme olduğundan ikisi benzer enerji emilimine sahiptir, dolayısıyla taramalı elektron mikroskobunun bileşen çiftini doğru bir şekilde ayırt etmesi de zordur. Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi, 1180-953 cm-1'deki polisakkarit bandının ve 1750-1483 cm-1'deki amid bandının alan oranı ile protein-nişasta kompleks sisteminin morfolojisi ve faz diyagramındaki değişiklikleri yansıtabilmektedir [52, 337], ancak bu teknik çok karmaşıktır ve tipik olarak HPMC/HPS hibrit sistemler için yeterli kontrastı oluşturmak için sinkrotron radyasyonu Fourier dönüşümü kızılötesi tekniklerini gerektirir. Bileşenlerin bu şekilde ayrılmasını sağlamak için transmisyon elektron mikroskobu ve küçük açılı X-ışını saçılımı gibi teknikler de vardır, ancak bu teknikler genellikle karmaşıktır [338]. Bu konuda basit iyot boyama optik mikroskop analiz yöntemi kullanılmış olup, HPMC/HPS bileşik sisteminin iyot boyama ile boyanması için amiloz sarmal yapısının uç grubunun iyot ile reaksiyona girerek inklüzyon kompleksleri oluşturabilmesi prensibinden yararlanılmıştır. HPS Bileşenleri, ışık mikroskobu altında farklı renkleriyle HPMC bileşenlerinden ayırt edildi. Bu nedenle iyot boyama optik mikroskop analiz yöntemi, nişasta bazlı kompleks sistemlerin morfolojisi ve faz diyagramı için basit ve etkili bir araştırma yöntemidir.

Bu bölümde, HPMC/HPS bileşik sisteminin mikroskobik morfolojisi, faz dağılımı, faz geçişi ve diğer mikro yapıları, iyot boyama optik mikroskop analizi yoluyla incelendi; ve mekanik özellikler ve diğer makroskopik özellikler; ve farklı çözelti konsantrasyonları ve bileşik oranlarının mikroskobik morfolojisi ve makroskobik özelliklerinin korelasyon analizi yoluyla, HPMC/HPS'yi kontrol etmek amacıyla HPMC/HPS bileşik sisteminin mikro yapısı ve makroskobik özellikleri arasındaki ilişki kurulmuştur. Kompozit malzemelerin özelliklerinin temelini oluşturur.

4.1 Malzemeler ve Ekipman

4.1.1 Ana deney malzemeleri

4.2 Deneysel yöntem

4.2.1 HPMC/HPS bileşik çözeltisinin hazırlanması

HPMC solüsyonunu ve HPS solüsyonunu %3, %5, %7 ve %9 konsantrasyonda hazırlayın, hazırlama yöntemi için bkz. 2.2.1. HPMC çözümünü ve HPS çözümünü 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 45:55, 40:60, 30:70, 20:80, 0'a göre karıştırın: 100 farklı oran 21 °C'de 250 rpm/dk hızla 30 dakika karıştırılarak farklı konsantrasyonlarda ve farklı oranlarda karışık çözeltiler elde edildi.

4.2.2 HPMC/HPS kompozit membranın hazırlanması

3.2.1'e bakınız.

4.2.3 HPMC/HPS kompozit kapsüllerin hazırlanması

2.2.1'deki yöntemle hazırlanan çözeltiye bakın, daldırma için paslanmaz çelik bir kalıp kullanın ve 37 °C'de kurutun. Kurutulmuş kapsülleri dışarı çekin, fazlalıkları kesin ve bir çift oluşturacak şekilde bir araya getirin.

4.2.4 HPMC/HPS kompozit film optik mikroskobu

4.2.4.1 Optik Mikroskopi Analizinin İlkeleri

Optik mikroskop, görüntülemeyi dışbükey bir mercekle büyütmenin optik ilkesini kullanır ve yakındaki küçük maddelerin gözlere açılma açısını genişletmek ve insan gözü tarafından fark edilemeyen küçük maddelerin boyutunu büyütmek için iki yakınsak mercek kullanır. Maddelerin boyutları insan gözüyle algılanıncaya kadar.

4.2.4.2 Test yöntemi

Farklı konsantrasyonlara ve bileşik oranlarına sahip HPMC/HPS bileşik çözeltileri 21°C'de çıkarıldı, bir cam slayt üzerine bırakıldı, ince bir tabaka halinde döküldü ve aynı sıcaklıkta kurutuldu. Filmler %1'lik iyot çözeltisi ile boyandı (1 g iyot ve 10 g potasyum iyodür, 100 mL'lik balon jojeye yerleştirildi ve etanol içerisinde eritildi), gözlem için ışık mikroskobu alanına yerleştirildi ve fotoğrafları çekildi.

4.2.5 HPMC/HPS kompozit filmin ışık geçirgenliği

4.2.5.1 UV-vis spektrofotometrisinin analiz prensibi

3.2.3.1 ile aynı.

4.2.5.1 Test yöntemi

3.2.3.2'ye bakınız.

4.2.6 HPMC/HPS kompozit filmlerin gerilme özellikleri

4.2.6.1 Çekme özelliği analizi ilkesi

3.2.3.1 ile aynı.

4.2.6.1 Test yöntemi

Numuneler 48 saat boyunca %73 nemde dengelendikten sonra test edildi. Test yöntemi için 3.2.3.2'ye bakınız.

4.3 Sonuçlar ve Tartışma

4.3.1 Ürün şeffaflığı gözlemi

Şekil 4-1, HPMC ve HPS'nin 70:30 bileşik oranında birleştirilmesiyle hazırlanan yenilebilir filmleri ve kapsülleri göstermektedir. Şekilden görülebileceği gibi, ürünler iyi bir şeffaflığa sahiptir, bu da HPMC ve HPS'nin benzer kırılma indislerine sahip olduğunu ve ikisinin birleşiminden sonra homojen bir bileşiğin elde edilebileceğini gösterir.

4.3.2 HPMC/HPS komplekslerinin boyama öncesi ve sonrası optik mikroskop görüntüleri

Şekil 4-2, optik bir mikroskop altında gözlemlenen farklı bileşik oranlarıyla HPMC/HPS komplekslerinin boyanmasından önceki ve sonraki tipik morfolojiyi göstermektedir. Şekilden de görülebileceği gibi boyanmamış şekilde HPMC fazını ve HPS fazını ayırt etmek zordur; boyalı saf HPMC ve saf HPS kendi benzersiz renklerini gösterir, bunun nedeni HPS ve iyotun iyot boyama yoluyla reaksiyonudur. Rengi koyulaşır. Therefore, the two phases in the HPMC/HPS compound system are simply and clearly distinguished, which further proves that HPMC and HPS are not miscible and cannot form a homogeneous compound. Şekilden de görülebileceği gibi HPS içeriği arttıkça şekildeki karanlık alanın alanı (HPS fazı) beklendiği gibi artmaya devam ediyor, dolayısıyla bu işlem sırasında iki fazlı yeniden düzenlemenin gerçekleştiğini doğruluyor. HPMC içeriği %40'tan yüksek olduğunda, HPMC sürekli faz durumunu sunar ve HPS, dağılmış faz olarak HPMC'nin sürekli fazında dağılır. Buna karşılık, HPMC içeriği %40'ın altında olduğunda, HPS sürekli bir faz durumu sunar ve HPMC, HPS'nin sürekli fazında dağılmış bir faz olarak dağılır. Bu nedenle, %5 HPMC/HPS bileşik çözeltisinde artan HPS içeriğiyle birlikte bileşik oranı HPMC/HPS 40:60 olduğunda bunun tersi gerçekleşti. Sürekli faz, ilk HPMC aşamasından sonraki HPS aşamasına değişir. Faz şeklini gözlemleyerek HPS matrisindeki HPMC fazının dağılma sonrasında küresel olduğu, HPMC matrisindeki HPS fazının dağılmış şeklinin ise daha düzensiz olduğu görülebilir.

Ayrıca boyama sonrası HPMC/HPS kompleksindeki açık renkli alanın (HPMC) alanının koyu renkli alana (HPS) oranı hesaplanarak (mezofaz durumu dikkate alınmadan) şu şekilde bulunmuştur: Şekildeki HPMC (açık renk)/HPS (koyu renk) Oran her zaman gerçek HPMC/HPS bileşik oranından daha yüksektir. Örneğin bileşik oranı 50:50 olan HPMC/HPS bileşiğinin boyama diyagramında HPS'nin interfaz alanındaki alanı hesaplanmamaktadır ve açık/karanlık alan oranı 71/29'dur. Bu sonuç, HPMC/HPS kompozit sisteminde çok sayıda mezofazın varlığını doğrulamaktadır.

Tamamen uyumlu polimer birleştirme sistemlerinin oldukça nadir olduğu iyi bilinmektedir, çünkü polimer birleştirme işlemi sırasında birleştirme ısısı genellikle pozitiftir ve birleştirme entropisi genellikle çok az değişir, dolayısıyla birleştirme sırasında serbest enerjinin pozitif bir değere değişmesine neden olur. Bununla birlikte, HPMC/HPS bileşik sisteminde, HPMC ve HPS hala daha yüksek derecede uyumluluk gösterme konusunda umut vericidir, çünkü HPMC ve HPS'nin her ikisi de hidrofilik polisakkaritlerdir, aynı yapısal birime (glikoz) sahiptirler ve aynı fonksiyonel grup ile modifiye edilmişlerdir. hidroksipropil. HPMC/HPS bileşik sistemindeki çoklu mezofaz olgusu aynı zamanda bileşik içindeki HPMC ve HPS'nin belirli bir düzeyde uyumluluğa sahip olduğunu ve plastikleştirici ilave edilmiş nişasta-polivinil alkol karışımı sisteminde de benzer bir olgunun meydana geldiğini gösterir. ayrıca ortaya çıktı [339].

4.3.3 Bileşik sistemin mikroskobik morfolojisi ile makroskopik özellikleri arasındaki ilişki

HPMC/HPS kompozit sisteminin morfolojisi, faz ayrımı olgusu, şeffaflığı ve mekanik özellikleri arasındaki ilişki detaylı olarak incelenmiştir. Şekil 4-3, HPS içeriğinin, HPMC/HPS bileşik sisteminin şeffaflığı ve gerilme modülü gibi makroskopik özellikleri üzerindeki etkisini göstermektedir. Şekilden saf HPMC'nin şeffaflığının saf HPS'den daha yüksek olduğu görülebilir, bunun nedeni esas olarak nişastanın yeniden kristalleşmesinin HPS'nin şeffaflığını azaltması ve nişastanın hidroksipropil modifikasyonunun da şeffaflığın azalmasının önemli bir nedeni olmasıdır. HPS [340, 341]. HPMC/HPS bileşik sisteminin geçirgenliğinin, HPS içeriği farkıyla minimum bir değere sahip olacağı şekilden görülebilir. Bileşik sistemin geçirgenliği, %70'in altındaki HPS içeriği aralığında artar.iHPS içeriğinin artmasıyla azalır; HPS içeriği %70'i aştığında HPS içeriğinin artmasıyla birlikte artar. Bu olay HPMC/HPS bileşik sisteminin karışmaz olduğu anlamına gelir çünkü sistemin faz ayrılması olgusu ışık geçirgenliğinin azalmasına neden olur. Bunun aksine bileşik sistemin Young modülü de farklı oranlarda minimum bir nokta ortaya çıkmış, HPS içeriğinin artmasıyla Young modülü azalmaya devam etmiş ve HPS içeriği %60 olduğunda en düşük noktaya ulaşmıştır. Modül artmaya devam etti ve modül biraz arttı. HPMC/HPS bileşik sisteminin Young modülü minimum bir değer gösterdi; bu aynı zamanda bileşik sistemin karışmaz bir sistem olduğunu da gösterdi. HPMC/HPS bileşik sisteminin ışık geçirgenliğinin en düşük noktası, HPMC sürekli fazın dağınık faza faz geçiş noktası ve Şekil 4-2'deki Young modülü değerinin en düşük noktası ile tutarlıdır.

4.3.4 Çözelti konsantrasyonunun bileşik sistemin mikroskobik morfolojisi üzerindeki etkisi

Figure 4-4 shows the effect of solution concentration on the morphology and phase transition of the HPMC/HPS compound system. Şekilden görülebileceği gibi %3 HPMC/HPS bileşik sisteminin düşük konsantrasyonu, HPMC/HPS bileşik oranının 40:60 olması, eş-sürekli yapının görünümü görülebilmektedir; while in the high concentration of 7% solution, this co-continuous structure is observed in the figure with a compounding ratio of 50:50. Bu sonuç, HPMC/HPS bileşik sisteminin faz geçiş noktasının belirli bir konsantrasyon bağımlılığına sahip olduğunu ve faz geçişinin HPMC/HPS bileşik oranının bileşik çözelti konsantrasyonunun artmasıyla arttığını ve HPS'nin sürekli bir faz oluşturma eğiliminde olduğunu göstermektedir. . . In addition, the HPS domains dispersed in the HPMC continuous phase showed similar shapes and morphologies with the change of concentration; while the HPMC dispersed phases dispersed in the HPS continuous phase showed different shapes and morphologies at different concentrations. and with the increase of solution concentration, the dispersion area of ​​HPMC became more and more irregular. Bu olgunun ana nedeni, HPS çözeltisinin viskozitesinin, oda sıcaklığında HPMC çözeltisinin viskozitesinden çok daha yüksek olması ve HPMC fazının düzgün küresel bir durum oluşturma eğiliminin, yüzey gerilimi nedeniyle bastırılmasıdır.

4.3.5 Çözelti konsantrasyonunun bileşik sistemin mekanik özellikleri üzerindeki etkisi

Şekil 4-4'teki morfolojilere karşılık gelen Şekil 4-5, farklı konsantrasyon çözeltileri altında oluşturulan kompozit filmlerin gerilme özelliklerini göstermektedir. HPMC/HPS kompozit sisteminin Young modülü ve kopma anındaki uzamasının, çözelti konsantrasyonunun artmasıyla azalma eğiliminde olduğu şekilde görülebilir; bu, Şekil 4'te HPMC'nin sürekli fazdan dağılmış faza kademeli dönüşümü ile tutarlıdır. -4. Mikroskobik morfoloji tutarlıdır. HPMC homopolimerinin Young modülü, HPS'ninkinden daha yüksek olduğundan, HPMC/HPS kompozit sisteminin Young modülünün, HPMC sürekli faz olduğunda geliştirileceği tahmin edilmektedir.

4.4 Bu bölümün özeti

Bu bölümde, farklı konsantrasyon ve bileşik oranlarına sahip HPMC/HPS bileşik çözeltileri ve yenilebilir kompozit filmler hazırlanmış ve nişasta fazlarını ayırt etmek için iyot boyamanın optik mikroskop analizi ile HPMC/HPS bileşik sisteminin mikroskobik morfolojisi ve faz geçişi gözlemlenmiştir. HPMC/HPS'nin yenilebilir kompozit filminin ışık geçirgenliği ve mekanik özellikleri, UV-vis spektrofotometre ve mekanik özellik test cihazı ile incelendi ve farklı konsantrasyonların ve bileşik oranlarının, bileşik sisteminin optik özellikleri ve mekanik özellikleri üzerindeki etkileri araştırıldı. HPMC/HPS bileşik sisteminin mikroyapısı ve makroskobik özellikleri arasındaki ilişki, kompozit sistemin mikroyapısı, faz geçişi ve faz ayrımı gibi mikro yapısı ile optik özellikler ve mekanik özellikler gibi makroskobik özelliklerinin birleştirilmesiyle kurulmuştur. Başlıca bulgular aşağıdaki gibidir:

1. İyot boyama yoluyla nişasta fazlarını ayırt etmeye yönelik optik mikroskop analiz yöntemi, nişasta bazlı bileşik sistemlerinin morfolojisini ve faz geçişini incelemek için en basit, doğrudan ve etkili yöntemdir. İyot boyamada, ışık mikroskobu altında nişasta fazı giderek daha koyu görünürken, HPMC boyanmaz ve dolayısıyla rengi daha açık görünür.
2. HPMC/HPS bileşik sistemi karışabilir değildir ve bileşik sisteminde bir faz geçiş noktası vardır ve bu faz geçiş noktasının belirli bir bileşik oranı bağımlılığı ve çözelti konsantrasyonu bağımlılığı vardır.
3. HPMC/HPS bileşik sistemi iyi bir uyumluluğa sahiptir ve bileşik sistemde çok sayıda mezofaz mevcuttur. Ara fazda sürekli faz, parçacık halinde dağılmış fazda dağılır.
4. HPMC matrisindeki HPS'nin dağılmış fazı, farklı konsantrasyonlarda benzer küresel şekil gösterdi; HPMC, HPS matrisinde düzensiz morfoloji gösterdi ve konsantrasyonun artmasıyla morfolojideki düzensizlik arttı.
5. HPMC/HPS kompozit sisteminin mikro yapısı, faz geçişi, şeffaflığı ve mekanik özellikleri arasındaki ilişki kurulmuştur. A. Bileşik sistemin en düşük şeffaflık noktası, HPMC'nin sürekli fazdan dağılmış faza faz geçiş noktası ve çekme modülündeki minimum azalma noktası ile tutarlıdır. B. Young modülü ve kopma uzaması, çözelti konsantrasyonunun artmasıyla azalır; bu, HPMC'nin bileşik sistemdeki sürekli fazdan dağılmış faza morfolojik değişimiyle nedensel olarak ilişkilidir.

Özetle, HPMC/HPS kompozit sisteminin makroskopik özellikleri, mikroskobik morfolojik yapısı, faz geçişi, faz ayrımı ve diğer olaylarla yakından ilişkilidir ve kompozitlerin özellikleri, kompozitin faz yapısı ve uyumluluğu kontrol edilerek düzenlenebilir. sistem.

Bölüm 5 HPS Hidroksipropil İkame Derecesinin HPMC/HPS Bileşik Sisteminin Reolojik Özellikleri Üzerindeki Etkisi

Nişastanın kimyasal yapısındaki küçük değişikliklerin reolojik özelliklerinde dramatik değişikliklere yol açabileceği iyi bilinmektedir. Bu nedenle kimyasal modifikasyon, nişasta bazlı ürünlerin reolojik özelliklerini iyileştirme ve kontrol etme olanağı sunar [342]. Buna karşılık, nişastanın kimyasal yapısının reolojik özellikleri üzerindeki etkisine hakim olmak, nişasta bazlı ürünlerin yapısal özelliklerini daha iyi anlayabilir ve geliştirilmiş nişasta fonksiyonel özelliklerine sahip modifiye nişastaların tasarımı için bir temel sağlayabilir [235]. Hidroksipropil nişasta, gıda ve ilaç alanında yaygın olarak kullanılan, profesyonel olarak modifiye edilmiş bir nişastadır. Genellikle doğal nişastanın alkali koşullar altında propilen oksitle eterifikasyon reaksiyonuyla hazırlanır. Hidroksipropil hidrofilik bir gruptur. Bu grupların nişasta moleküler zincirine dahil edilmesi, nişasta granül yapısını koruyan molekül içi hidrojen bağlarını kırabilir veya zayıflatabilir. Bu nedenle hidroksipropil nişastanın fizikokimyasal özellikleri, moleküler zincirindeki hidroksipropil gruplarının ikame derecesi ile ilişkilidir [233, 235, 343, 344].

Hidroksipropil ikame derecesinin hidroksipropil nişastanın fizikokimyasal özellikleri üzerindeki etkisini araştıran birçok çalışma bulunmaktadır. Han ve ark. hidroksipropil mumsu nişasta ve hidroksipropil mısır nişastasının Kore yapışkan pirinç keklerinin yapısı ve retrogradasyon özellikleri üzerindeki etkilerini araştırdı. Çalışma, hidroksipropilasyonun nişastanın jelatinleşme sıcaklığını azaltabildiğini ve nişastanın su tutma kapasitesini artırabildiğini buldu. performansını artırmış ve Kore yapışkan pirinç keklerinde nişastanın yaşlanma olgusunu önemli ölçüde engellemiştir [345]. Kaur ve ark. hidroksipropil ikamesinin, farklı patates nişastası çeşitlerinin fizikokimyasal özellikleri üzerindeki etkisini araştırmış ve patates nişastasının hidroksipropil ikame derecesinin, farklı çeşitlere göre değiştiğini ve bunun, büyük parçacık boyutuna sahip nişastanın özellikleri üzerindeki etkisinin daha belirgin olduğunu bulmuş; hidroksipropilasyon reaksiyonu, nişasta granüllerinin yüzeyinde birçok parçaya ve oyuğa neden olur; Hidroksipropil ikamesi, nişastanın dimetil sülfoksit içindeki şişme özelliklerini, suda çözünürlüğünü ve çözünürlüğünü önemli ölçüde geliştirebilir ve nişastanın macunun şeffaflığını geliştirebilir [346]. Lawal ve ark. hidroksipropil ikamesinin tatlı patates nişastasının özellikleri üzerindeki etkisini araştırdı. Çalışma, hidroksipropil modifikasyonundan sonra nişastanın serbest şişme kapasitesinin ve suda çözünürlüğünün arttığını gösterdi; doğal nişastanın yeniden kristalleşmesi ve retrogradasyonu engellendi; Sindirilebilirlik artar [347]. Schmitz ve ark. hidroksipropil tapyoka nişastası hazırladı ve bunun daha yüksek şişme kapasitesine ve viskoziteye, daha düşük yaşlanma oranına ve daha yüksek donma-çözülme stabilitesine sahip olduğunu buldu [344].

Bununla birlikte, hidroksipropil nişastanın reolojik özellikleri üzerine az sayıda çalışma bulunmaktadır ve hidroksipropil modifikasyonunun, nişasta bazlı bileşik sistemlerinin reolojik özellikleri ve jel özellikleri üzerindeki etkileri şimdiye kadar nadiren rapor edilmiştir. Chun ve ark. düşük konsantrasyonlu (%5) hidroksipropil pirinç nişastası çözeltisinin reolojisini inceledi. Sonuçlar, hidroksipropil modifikasyonunun, nişasta çözeltisinin kararlı durum ve dinamik viskoelastisite üzerindeki etkisinin, ikame derecesi ile ilişkili olduğunu ve az miktarda hidroksipropil Propil ikamesinin, nişasta çözeltilerinin reolojik özelliklerini önemli ölçüde değiştirebileceğini gösterdi; nişasta çözeltilerinin viskozite katsayısı ikame derecesinin artmasıyla azalır ve hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla reolojik özelliklerinin sıcaklığa bağımlılığı artar. İkame derecesi arttıkça miktar azalır [342]. Lee ve ark. hidroksipropil ikamesinin tatlı patates nişastasının fiziksel özellikleri ve reolojik özellikleri üzerindeki etkisini araştırmış ve sonuçlar, hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla nişastanın şişme kabiliyetinin ve suda çözünürlüğünün arttığını göstermiştir; Hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla entalpi değeri azalır; nişasta çözeltisinin viskozite katsayısı, kompleks viskozitesi, akma gerilimi, kompleks viskozitesi ve dinamik modülü, hidroksipropil ikame derecesi, sıvı indeksi ve kayıp faktörünün artmasıyla azalır. Hidroksipropil ikame derecesi ile artar; nişasta tutkalının jel kuvveti azalır, donma-çözülme stabilitesi artar ve sinerez etkisi azalır [235].

Bu bölümde, HPS hidroksipropil ikame derecesinin, HPMC/HPS soğuk ve sıcak jel bileşik sisteminin reolojik özellikleri ve jel özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Geçiş durumu, yapı oluşumu ile reolojik özellikler arasındaki ilişkinin derinlemesine anlaşılması açısından büyük önem taşımaktadır. Ek olarak, diğer benzer ters ısıtmalı soğutma jel sistemleri için bazı teorik rehberlik sağlamak amacıyla HPMC/HPS ters soğutmalı bileşik sisteminin jelleşme mekanizması ön olarak tartışıldı.

5.1 Malzemeler ve Ekipman

5.1.1 Ana deney malzemeleri

5.1.2 Ana aletler ve ekipmanlar

5.2 Deneysel yöntem

5.2.1 Bileşik çözeltilerin hazırlanması

Farklı bileşik oranlarına (100/0, 50/50, 0/100) sahip %15 HPMC/HPS bileşik çözeltileri ve farklı hidroksipropil ikame derecelerine (G80, A939, A1081) sahip HPS hazırlandı. A1081, A939, HPMC'nin hazırlanma yöntemleri ve bunların bileşik çözeltileri 2.2.1'de gösterilmektedir. G80 and its compound solutions with HPMC are gelatinized by stirring under the conditions of 1500psi and 110°C in an autoclave, because G80 Native starch is high amylose (80%), and its gelatinization temperature is higher than 100 °C, which cannot be orijinal su banyosunda jelatinizasyon yöntemiyle ulaşılmıştır [348].

5.2.2 Farklı derecelerde HPS hidroksipropil ikamesine sahip HPMC/HPS bileşiği çözeltilerinin reolojik özellikleri

5.2.2.1 Reolojik analiz ilkesi

2.2.2.1 ile aynı

5.2.2.2 Akış modu test yöntemi

60 mm çapında paralel plaka kelepçesi kullanıldı ve plaka aralığı 1 mm olarak ayarlandı.

1. Bir kesme öncesi akış testi yöntemi ve üç aşamalı bir tiksotropi vardır. 2.2.2.2 ile aynı.
2. Ön kesme ve tiksotropik halka tiksotropisi olmadan akış testi yöntemi. Test sıcaklığı 25 °C'dir, a. Artan hızda kesme, kesme hızı aralığı 0-1000 s-1, kesme süresi 1 dakika; B. Sabit kesme, kesme hızı 1000 s-1, kesme süresi 1 dakika; C. Azaltılmış hız kesme, kesme hızı aralığı 1000-0s-1 ve kesme süresi 1 dakikadır.

5.2.2.3 Salınım modu test yöntemi

60 mm çapında paralel plaka fikstürü kullanılmış ve plaka aralıkları 1 mm olarak ayarlanmıştır.

1. Deformasyon değişken taraması. Test sıcaklığı 25 °C, frekans 1 Hz, deformasyon %0,01-100.
2. Sıcaklık taraması. Frekans 1 Hz, deformasyon %0,1, a. Isıtma işlemi, sıcaklık 5-85 °C, ısıtma hızı 2 °C/dak; B. Soğutma işlemi, sıcaklık 85-5 °C, soğutma hızı 2 °C/dak. Test sırasında nem kaybını önlemek için numunenin çevresinde silikon yağ keçesi kullanılır.
3. Frekans taraması. Değişim %0,1, frekans 1-100 rad/s. Testler sırasıyla 5°C ve 85°C'de gerçekleştirildi ve testten önce 5 dakika boyunca test sıcaklığında dengelendi.

Polimer çözeltisinin depolama modülü G' ve kayıp modülü G' ile açısal frekans ω arasındaki ilişki bir güç yasasını takip eder:

burada n' ve n" sırasıyla log G'-log ω ve log G"-log ω'nin eğimleridir;

G0' ve G0" sırasıyla log G'-log ω ve log G"-log ω'nin kesişme noktalarıdır.

5.2.3 Optik mikroskop

5.2.3.1 Cihaz prensibi

4.2.3.1 ile aynı

5.2.3.2 Test yöntemi

%3 5:5 HPMC/HPS bileşik çözeltisi, 25°C, 45°C ve 85°C'lik farklı sıcaklıklarda çıkarıldı, aynı sıcaklıkta tutulan bir cam slayt üzerine düşürüldü ve ince bir film halinde döküldü. katman çözeltisi ve aynı sıcaklıkta kurutuldu. Filmler %1’lik iyot çözeltisi ile boyanarak ışık mikroskobu alanına yerleştirilerek gözlemlendi ve fotoğrafları çekildi.

5.3 Sonuçlar ve Tartışma

5.3.1 Viskozite ve akış modeli analizi

5.3.1.1 Ön kesme ve tiksotropik halka tiksotropisi olmadan akış testi yöntemi

Ön kesme olmadan akış testi yöntemi ve tiksotropik halka tiksotropik yöntemi kullanılarak, HPMC/HPS bileşik çözeltisinin farklı derecelerde hidroksipropil ikame HPS'si ile viskozitesi araştırıldı. Sonuçlar Şekil 5-1'de gösterilmektedir. Şekilden, tüm numunelerin viskozitesinin, kesme kuvvetinin etkisi altında kesme hızının artmasıyla birlikte azalma eğilimi gösterdiği ve belirli bir derecede kesme incelmesi fenomeni gösterdiği görülebilir. Yüksek konsantrasyonlu polimer çözeltilerinin veya eriyiklerinin çoğu, kayma altında güçlü bir çözülmeye ve moleküler yeniden düzenlenmeye maruz kalır, dolayısıyla psödoplastik akışkan davranışı sergiler [305, 349, 350]. Bununla birlikte, farklı hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPS'nin HPMC/HPS bileşik çözeltilerinin kayma incelmesi dereceleri farklıdır.

Şekil 5-1 HPS'nin farklı hidropropil ikame derecelerine sahip HPS/HPMC çözeltisinin viskoziteleri ve kayma hızı (ön kesme olmadan, katı ve içi boş semboller sırasıyla artan hız ve azalan hız sürecini temsil eder)

Şekilden saf HPS numunesinin viskozitesinin ve kayma incelmesi derecesinin HPMC/HPS bileşik örneğininkinden daha yüksek olduğu, HPMC çözeltisinin kayma incelmesi derecesinin ise en düşük olduğu görülebilir. Bunun temel nedeni HPS'nin viskozitesidir. Düşük sıcaklıkta HPMC'ninkinden önemli ölçüde daha yüksektir. Ayrıca aynı bileşik oranına sahip HPMC/HPS bileşik çözeltisi için viskozite, HPS hidroksipropil ikame derecesi arttıkça artar. Bunun nedeni, nişasta moleküllerine hidroksipropil gruplarının eklenmesinin moleküller arası hidrojen bağlarını kırması ve dolayısıyla nişasta granüllerinin parçalanmasına yol açması olabilir. Hidroksipropilasyon, nişastanın kaymayla incelme olgusunu önemli ölçüde azalttı ve doğal nişastanın kesmeyle incelme olgusu en belirgin olanıydı. Hidroksipropil ikame derecesinin sürekli artmasıyla birlikte HPS'nin kayma incelmesi derecesi giderek azaldı.

Tüm numunelerin kayma gerilimi-kayma hızı eğrisi üzerinde tiksotropik halkalar vardır, bu da tüm numunelerin belirli bir derecede tiksotropiye sahip olduğunu gösterir. Tiksotropik mukavemet, tiksotropik halka alanının boyutuyla temsil edilir. Numune ne kadar tiksotropik olursa [351]. Örnek çözeltinin akış indeksi n ve viskozite katsayısı K, Ostwald-de Waele güç yasasıyla hesaplanabilir (bkz. denklem (2-1)).

Tablo 5-1 Artan hız ve azalan hız prosesi sırasında akış davranışı indeksi (n) ve akışkan kıvam indeksi (K) ve 25 °C'de HPS'nin farklı hidropropil ikame derecesine sahip HPS/HPMC çözeltisinin tiksotropi döngü alanı

Tablo 5-1, kesmeyi artırma ve kesmeyi azaltma sürecinde farklı derecelerde hidroksipropil ikame HPS'ye sahip HPMC/HPS bileşik çözeltilerinin akış indeksi n'yi, viskozite katsayısı K'yı ve tiksotropik halka alanını gösterir. Tablodan tüm numunelerin akış indeksi n'nin 1'den küçük olduğu görülebilmektedir, bu da tüm numune çözeltilerinin psödoplastik akışkanlar olduğunu göstermektedir. Aynı HPS hidroksipropil ikame derecesine sahip HPMC/HPS bileşik sistemi için akış indeksi n, HPMC içeriğinin artmasıyla artar; bu, HPMC ilavesinin bileşik çözeltisinin daha güçlü Newton akışkan özellikleri sergilemesini sağladığını gösterir. Bununla birlikte, HPMC içeriğinin artmasıyla birlikte viskozite katsayısı K sürekli olarak azalmıştır; bu durum HPMC ilavesinin bileşik çözeltinin viskozitesini azalttığını göstermektedir çünkü viskozite katsayısı K viskozite ile orantılıdır. Yükselen kesme aşamasında farklı hidroksipropil ikame derecelerine sahip saf HPS'nin n değeri ve K değeri, hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla azaldı; bu, hidroksipropilasyon modifikasyonunun nişastanın psödoplastisitesini geliştirebileceğini ve nişasta çözeltilerinin Viskozitesini azaltabileceğini gösterir. Aksine, azalan kesme aşamasında ikame derecesinin artmasıyla n'nin değeri artar, bu da hidroksipropilasyonun yüksek hızlı kesme sonrasında çözeltinin Newton tipi akışkan davranışını iyileştirdiğini gösterir. HPMC/HPS bileşik sisteminin n değeri ve K değeri, bunların birleşik etkisinin sonucu olan hem HPS hidroksipropilasyondan hem de HPMC'den etkilenmiştir. Artan kesme aşamasıyla karşılaştırıldığında, azalan kesme aşamasındaki tüm numunelerin n değerleri daha büyük hale gelirken, K değerleri daha küçük hale geldi, bu da bileşik çözeltinin viskozitesinin yüksek hızlı kesme sonrasında azaldığını ve Bileşik çözeltinin Newton tipi akışkan davranışı geliştirildi. .

Tiksotropik halkanın alanı, HPMC içeriğinin artmasıyla azaldı; bu, HPMC ilavesinin bileşik çözeltisinin tiksotropisini azalttığını ve stabilitesini geliştirdiğini gösterir. Aynı bileşik oranına sahip HPMC/HPS bileşiği çözeltisi için, tiksotropik halkanın alanı, HPS hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla azalır; bu, hidroksipropilasyonun HPS stabilitesini iyileştirdiğini gösterir.

5.3.1.2 Ön kesme ve üç aşamalı tiksotropik yöntemle kesme yöntemi

Ön kesmeli kesme yöntemi, HPMC/HPS bileşik çözeltisinin viskozitesindeki değişimi, kesme hızına sahip farklı derecelerde hidroksipropil ikame HPS ile incelemek için kullanıldı. Sonuçlar Şekil 5-2'de gösterilmektedir. Şekilden HPMC çözümünün neredeyse hiç kayma incelmesi göstermediği, diğer örneklerin ise kesme incelmesi gösterdiği görülebilir. Bu, ön kesme olmadan kesme yöntemiyle elde edilen sonuçlarla tutarlıdır. Ayrıca, düşük kesme hızlarında yüksek oranda hidroksipropil ikameli numunenin bir plato bölgesi sergilediği şekilde görülebilir.

Şekil 5-2 HPS'nin farklı hidropropil ikame dereceleri ile HPS/HPMC çözeltisinin viskoziteleri ve kayma hızı (ön kesme ile)

Yerleştirmeyle elde edilen sıfır kesme viskozitesi (h0), akış indeksi (n) ve viskozite katsayısı (K) Tablo 5-2'de gösterilmektedir. Tablodan saf HPS numuneleri için her iki yöntemle elde edilen n değerlerinin ikame derecesi ile arttığını görebiliriz; bu da ikame derecesi arttıkça nişasta çözeltisinin katı benzeri davranışının azaldığını gösterir. HPMC içeriğinin artmasıyla birlikte n değerlerinin tümü bir düşüş eğilimi gösterdi; bu da HPMC'nin çözeltinin katı benzeri davranışını azalttığını gösteriyor. Bu durum her iki yöntemin niteliksel analiz sonuçlarının tutarlı olduğunu göstermektedir.

Aynı numune için farklı test yöntemleri altında elde edilen veriler karşılaştırıldığında, ön kesme sonrasında elde edilen n değerinin, ön kesme olmadan elde edilen yöntemle elde edilen değerden her zaman daha büyük olduğu bulunmuştur; bu, ön kesme ile elde edilen kompozit sistemin göstergesidir. -kesme yöntemi katıya benzer bir davranıştır ve ön kesme olmadan yöntemle ölçülen davranıştan daha düşüktür. Bunun nedeni, ön kesmesiz testte elde edilen nihai sonucun aslında kesme hızı ve kesme süresinin birleşik etkisinin sonucu olması, ön kesmeli test yönteminin ise öncelikle belirli bir süre boyunca yüksek kesme ile tiksotropik etkiyi ortadan kaldırmasıdır. zaman. Bu nedenle bu yöntem, bileşik sistemin kayma incelmesi olayını ve akış özelliklerini daha doğru bir şekilde belirleyebilir.

Tablodan aynı bileşik oranı (5:5) için bileşik sisteminin n değerinin 1'e yakın olduğunu ve önceden kesilmiş n'nin hidroksipropil ikame derecesi ile arttığını da görebiliriz. HPMC'nin olduğunu gösterir Bileşik sisteminde sürekli bir faz vardır ve HPMC, düşük hidroksipropil ikame derecesine sahip nişasta örnekleri üzerinde daha güçlü bir etkiye sahiptir; bu, aksine ön kesme olmadan ikame derecesinin artmasıyla n değerinin arttığı sonucuyla tutarlıdır. İki yöntemde farklı ikame derecelerine sahip bileşik sistemlerin K değerleri benzerdir ve özellikle belirgin bir eğilim yoktur; sıfır kayma viskozitesi ise açık bir düşüş eğilimi gösterir çünkü sıfır kayma viskozitesi kaymadan bağımsızdır. oran. İçsel viskozite, maddenin özelliklerini doğru bir şekilde yansıtabilir.

Şekil 5-3 HPS'nin farklı hidropropil ikame derecesi ile HPS/HPMC karışım çözeltisinin üç aralıklı tiksotropisi

Hidroksipropil nişastanın farklı derecelerdeki hidroksipropil ikamesinin bileşik sisteminin tiksotropik özellikleri üzerindeki etkisini incelemek için üç aşamalı tiksotropik yöntem kullanıldı. Şekil 5-3'te düşük kesme aşamasında çözelti viskozitesinin HPMC içeriğinin artmasıyla azaldığı ve sıfır kesme viskozitesi yasasıyla tutarlı olarak ikame derecesinin artmasıyla azaldığı görülebilir.

İyileşme aşamasındaki farklı sürelerden sonra yapısal iyileşmenin derecesi, viskozite geri kazanım oranı DSR ile ifade edilir ve hesaplama yöntemi 2.3.2'de gösterilir. Tablo 5-2'den aynı iyileşme süresi içinde saf HPS'nin DSR'sinin saf HPMC'ninkinden önemli ölçüde daha düşük olduğu görülebilir; bunun temel nedeni HPMC molekülünün sert bir zincir olması ve gevşeme süresinin kısa olmasıdır ve yapı kısa sürede toparlanabilmektedir. iyileş. HPS esnek bir zincir olmakla birlikte gevşeme süresi uzundur ve yapının iyileşmesi de uzun zaman alır. İkame derecesinin artmasıyla saf HPS'nin DSR'si, ikame derecesinin artmasıyla azalır; bu, hidroksipropilasyonun nişasta moleküler zincirinin esnekliğini geliştirdiğini ve HPS'nin gevşeme süresini uzattığını gösterir. Bileşik çözeltisinin DSR'si, saf HPS ve saf HPMC örneklerininkinden daha düşüktür, ancak HPS hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla birlikte bileşik örneğinin DSR'si artar; bu, bileşik sisteminin tiksotropisinin artan artışla arttığını gösterir. HPS hidroksipropil ikamesinin artışı. Ön kesme olmadan elde edilen sonuçlarla tutarlı olan radikal ikame derecesinin artmasıyla azalır.

Tablo 5-2 Farklı hidropropil içeren HPS/HPMC çözeltisi için sıfır kayma viskozitesi (h0), akış davranışı indeksi (n), artan hız sırasında akışkan kıvam indeksi (K) ve belirli bir iyileşme süresinden sonra yapı iyileşme derecesi (DSR) 25 °C'de HPS'nin ikame derecesi

In summary, the steady-state test without pre-shearing and the thixotropic ring thixotropy test can qualitatively analyze samples with large performance differences, but for the compounds with different HPS hydroxypropyl substitution degrees with small performance differences The research results of the solution are contrary to gerçek sonuçlar, çünkü ölçülen veriler kesme hızı ve kesme süresinin etkisinin kapsamlı sonuçlarıdır ve tek bir değişkenin etkisini tam olarak yansıtamaz.

5.3.2 Doğrusal viskoelastik bölge

Hidrojeller için G' depolama modülünün etkili moleküler zincirlerin sertliği, kuvveti ve sayısı tarafından belirlendiği ve G'' kayıp modülünün küçük moleküllerin ve fonksiyonel grupların göçü, hareketi ve sürtünmesi ile belirlendiği iyi bilinmektedir. . Titreşim ve dönme gibi sürtünme enerji tüketimi ile belirlenir. Depolama modülü G' ile kayıp modülü G″'nin kesişiminin varlık işareti (yani tan δ = 1). Çözeltiden jele geçişe jel noktası denir. Depolama modülü G' ve kayıp modülü G' sıklıkla jel ağ yapısının jelleşme davranışını, oluşum hızını ve yapısal özelliklerini incelemek için kullanılır [352]. Ayrıca jel ağ yapısının oluşumu sırasında iç yapı gelişimini ve moleküler yapıyı da yansıtabilirler. etkileşim [353].

Şekil 5-4, 1 Hz frekansta ve %0,01-%100 gerinim aralığında farklı derecelerde hidroksipropil ikame HPS'ye sahip HPMC/HPS bileşik çözeltilerinin gerinim tarama eğrilerini gösterir. Şekilden, alt deformasyon alanında (%0,01–1) HPMC dışındaki tüm örneklerin jel durumunu gösteren G′ > G″ olduğu görülebilir. HPMC için G′ tüm biçimdedir Değişken aralığı her zaman G”den küçüktür, bu da HPMC'nin çözüm durumunda olduğunu gösterir. Ayrıca farklı numunelerin viskoelastisitesinin deformasyona bağımlılığı da farklıdır. G80 numunesi için, viskoelastisitenin frekans bağımlılığı daha belirgindir: deformasyon %0,3'ten büyük olduğunda, G'nin giderek azaldığı ve G'de önemli bir artışın eşlik ettiği görülebilir. tan δ'da önemli bir artışın yanı sıra artış; ve deformasyon miktarı %1,7 olduğunda kesişirler; bu, deformasyon miktarı %1,7'yi aştığında G80'in jel ağ yapısının ciddi şekilde hasar gördüğünü ve çözelti halinde olduğunu gösterir.

Şekil 5-4 HPS'nin farklı hidroipropil ikame derecesine sahip HPS/HPMC karışımları için depolama modülü (G′) ve kayıp modülü (G″) ve gerinim karşılaştırması (Katı ve içi boş semboller sırasıyla G′ ve G″'yi temsil eder)

Şekil 5-5 farklı HPS hidropropil ikame derecesine sahip HPMC/HPS karışım çözeltisi için tan δ ve suş

Hidroksipropil ikame derecesinin azalmasıyla saf HPS'nin doğrusal viskoelastik bölgesinin açıkça daraldığı şekilde görülebilir. Başka bir deyişle, HPS hidroksipropil ikame derecesi arttıkça tan 8 eğrisindeki önemli değişiklikler, daha yüksek deformasyon miktarı aralığında görünme eğilimindedir. Özellikle G80'in doğrusal viskoelastik bölgesi tüm numuneler arasında en dar olanıdır. Bu nedenle G80'in doğrusal viskoelastik bölgesi, belirlemek için kullanılır.

Aşağıdaki test serilerinde deformasyon değişkeninin değerini belirleme kriterleri. Aynı bileşik oranına sahip HPMC/HPS bileşik sistemi için, HPS'nin hidroksipropil ikame derecesinin azalmasıyla doğrusal viskoelastik bölge de daralır, ancak hidroksipropil ikame derecesinin doğrusal viskoelastik bölge üzerindeki daralma etkisi o kadar belirgin değildir.

5.3.3 Isıtma ve soğutma sırasındaki viskoelastik özellikler

Farklı derecelerde hidroksipropil ikamesine sahip HPS'nin HPMC/HPS bileşik çözeltilerinin dinamik viskoelastik özellikleri Şekil 5-6'da gösterilmektedir. Şekilden görülebileceği gibi, HPMC ısıtma işlemi sırasında dört aşama sergiler: bir başlangıç ​​plato bölgesi, iki yapı oluşturma aşaması ve bir son plato bölgesi. Başlangıç ​​plato aşamasında, G′ < G″, G′ ve G″ değerleri küçüktür ve sıcaklığın artmasıyla birlikte hafifçe düşme eğilimi gösterir, bu da ortak sıvı viskoelastik davranışını gösterir. HPMC'nin termal jelleşmesi, önceki raporlarla tutarlı olan G' ve G″'nin (yani çözelti-jel geçiş noktası, yaklaşık 49 °C) kesişmesiyle sınırlanan iki farklı yapı oluşumu aşamasına sahiptir. Tutarlı [160, 354]. Yüksek sıcaklıkta, hidrofobik birleşme ve hidrofilik birleşme nedeniyle HPMC yavaş yavaş bir çapraz ağ yapısı oluşturur [344, 355, 356]. Kuyruğun plato bölgesinde G' ve G' değerleri yüksektir, bu da HPMC jel ağ yapısının tam olarak oluştuğunu gösterir.

HPMC'nin bu dört aşaması, sıcaklık azaldıkça ters sırada sırayla görünür. G' ve G''nin kesişimi soğutma aşaması sırasında yaklaşık 32 °C'de düşük sıcaklık bölgesine kayar; bu histerezis [208] veya zincirin düşük sıcaklıktaki yoğunlaşma etkisinden [355] kaynaklanabilir. HPMC'ye benzer şekilde, ısıtma işlemi sırasında diğer numunelerde de dört aşama vardır ve soğutma işlemi sırasında tersinir bir olay meydana gelir. Ancak şekilde G80 ve A939'un G' ile G” arasında kesişme olmayan basitleştirilmiş bir süreç gösterdiği ve G80'in eğrisinin bile görünmediği görülmektedir. Arkadaki platform alanı.

Saf HPS için, daha yüksek derecede bir hidroksipropil ikamesi, jel oluşumunun hem başlangıç ​​hem de son sıcaklıklarını, özellikle de G80, A939 ve A1081 için sırasıyla 61 °C olan başlangıç ​​sıcaklığını değiştirebilir. , 62°C ve 54°C. Ek olarak, aynı bileşik oranına sahip HPMC/HPS numuneleri için, ikame derecesi arttıkça, G' ve G' değerlerinin her ikisi de düşme eğilimindedir; bu, önceki çalışmaların sonuçlarıyla tutarlıdır [357, 358]. İkame derecesi arttıkça jelin dokusu yumuşar. Bu nedenle hidroksipropilasyon, doğal nişastanın düzenli yapısını bozar ve hidrofilikliğini geliştirir [343].

HPMC/HPS bileşiği örnekleri için hem G' hem de G', HPS hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla azaldı; bu, saf HPS sonuçlarıyla tutarlıydı. Üstelik HPMC'nin eklenmesiyle ikame derecesinin G' üzerinde önemli bir etkisi oldu. G'nin etkisi daha az belirgin hale geliyor.

Tüm HPMC/HPS kompozit örneklerinin viskoelastik eğrileri aynı eğilimi gösterdi; bu, düşük sıcaklıkta HPS'ye ve yüksek sıcaklıkta HPMC'ye karşılık geldi. Başka bir deyişle, düşük sıcaklıkta HPS, bileşik sistemin viskoelastik özelliklerine hakim olurken, yüksek sıcaklıkta HPMC, bileşik sistemin viskoelastik özelliklerini belirler. Bu sonuç esas olarak HPMC'ye atfedilebilir. Özellikle HPS, ısıtıldığında jel halinden çözelti haline dönüşen soğuk bir jeldir; aksine HPMC, artan sıcaklık ağ yapısıyla yavaş yavaş jel oluşturan sıcak bir jeldir. HPMC/HPS bileşik sistemi için, düşük sıcaklıkta, bileşik sisteminin jel özelliklerine temel olarak HPS soğuk jeli katkıda bulunur ve yüksek sıcaklıkta, sıcak sıcaklıklarda, HPMC'nin jelleşmesi bileşik sistemde hakimdir.

Şekil 5-6 HPS'nin farklı hidroipropil ikame derecesine sahip HPS/HPMC karışım çözeltisi için depolama modülü (G'), kayıp modülü (G″) ve tan δ ile sıcaklık

HPMC/HPS kompozit sisteminin modülü beklendiği gibi saf HPMC ve saf HPS modülleri arasındadır. Ayrıca karmaşık sistem, tüm sıcaklık tarama aralığında G' > G' sergiler; bu, hem HPMC'nin hem de HPS'nin sırasıyla su molekülleriyle moleküller arası hidrojen bağları oluşturabildiğini ve ayrıca birbirleriyle moleküller arası hidrojen bağları oluşturabildiğini gösterir. Ek olarak, kayıp faktörü eğrisinde, tüm karmaşık sistemler yaklaşık 45 °C'de bir tan δ zirvesine sahiptir; bu, karmaşık sistemde sürekli faz geçişinin meydana geldiğini gösterir. Bu aşama geçişi sonraki 5.3.6'da tartışılacaktır. tartışmaya devam edin.

5.3.4 Sıcaklığın bileşiğin viskozitesi üzerindeki etkisi

Sıcaklığın malzemelerin reolojik özellikleri üzerindeki etkisini anlamak, işleme ve depolama sırasında oluşabilecek geniş sıcaklık aralığı nedeniyle önemlidir [359, 360]. 5 °C – 85 °C aralığında, sıcaklığın, farklı derecelerde hidroksipropil ikame HPS'ye sahip HPMC/HPS bileşik çözeltilerinin kompleks viskozitesi üzerindeki etkisi Şekil 5-7'de gösterilmektedir. Şekil 5-7(a)'dan saf HPS'nin kompleks viskozitesinin sıcaklığın artmasıyla önemli ölçüde azaldığı görülebilir; Saf HPMC'nin viskozitesi, sıcaklığın artmasıyla birlikte başlangıçtan 45 °C'ye hafifçe düşer. geliştirmek.

Tüm bileşik örneklerinin viskozite eğrileri sıcaklıkla benzer eğilimler gösterdi; önce sıcaklık arttıkça azaldı, ardından sıcaklık arttıkça arttı. Ek olarak, birleştirilmiş numunelerin viskozitesi, düşük sıcaklıkta HPS'nin viskozitesine ve yüksek sıcaklıkta HPMC'nin viskozitesine daha yakındır. Bu sonuç aynı zamanda hem HPMC hem de HPS'nin kendine özgü jelleşme davranışıyla da ilgilidir. Bileşik numunenin viskozite eğrisi, muhtemelen HPMC/HPS bileşik sistemindeki faz geçişinden dolayı 45 °C'de hızlı bir geçiş gösterdi. Bununla birlikte, G80/HPMC 5:5 bileşik numunesinin yüksek sıcaklıktaki viskozitesinin, saf HPMC'ninkinden daha yüksek olduğunu belirtmekte fayda vardır; bu esas olarak G80'in yüksek sıcaklıktaki daha yüksek içsel viskozitesinden kaynaklanmaktadır [361]. Aynı bileşik oranı altında, HPS hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla bileşik sisteminin bileşik viskozitesi azalır. Bu nedenle, hidroksipropil gruplarının nişasta moleküllerine katılması, nişasta moleküllerindeki molekül içi hidrojen bağlarının kopmasına yol açabilir.

Şekil 5-7 HPS'nin farklı hidroipropil ikame derecesi ile HPS/HPMC karışımları için karmaşık viskozite ve sıcaklık

Sıcaklığın HPMC/HPS bileşik sisteminin kompleks viskozitesi üzerindeki etkisi, belirli bir sıcaklık aralığı dahilinde Arrhenius ilişkisine uygundur ve kompleks viskozitenin sıcaklıkla üstel bir ilişkisi vardır. Arrhenius denklemi aşağıdaki gibidir:

Bunların arasında η* karmaşık viskozite Pa s'dir;

A bir sabittir, Pa s;

T mutlak sıcaklıktır, K;

R gaz sabitidir, 8,3144 J·mol–1·K–1;

E aktivasyon enerjisidir, J·mol–1.

Formül (5-3)'e göre uygun hale getirilen bileşik sisteminin viskozite-sıcaklık eğrisi, 45°C'deki tan 8 zirvesine göre iki parçaya bölünebilir; 5 °C – 45 °C ve 45 °C – 85 °'deki bileşik sistem C aralığına oturtularak elde edilen aktivasyon enerjisi E ve sabit A'nın değerleri Tablo 5-3'te gösterilmektedir. Aktivasyon enerjisi E'nin hesaplanan değerleri −174 kJ·mol−1 ile 124 kJ·mol−1 arasındadır ve A sabitinin değerleri 6,24×10−11 Pa·s ile 1,99×1028 Pa·s arasındadır. Uyum aralığı dahilinde, G80/HPMC örneği dışında takılan korelasyon katsayıları daha yüksekti (R2 = 0,9071 –0,9892). G80/HPMC numunesi, 45 °C – 85 °C sıcaklık aralığında daha düşük bir korelasyon katsayısına (R2= 0,4435) sahiptir; bu, G80'in doğası gereği daha yüksek sertliğine ve diğer HPS Kristalizasyon hızına kıyasla daha hızlı ağırlığına bağlı olabilir. 362]. G80'in bu özelliği, HPMC ile birleştirildiğinde homojen olmayan bileşikler oluşturma olasılığını artırır.

5 °C – 45 °C sıcaklık aralığında, HPMC/HPS kompozit örneğinin E değeri, saf HPS'ninkinden biraz daha düşüktür, bu durum HPS ile HPMC arasındaki etkileşimden kaynaklanabilir. Viskozitenin sıcaklığa bağımlılığını azaltın. Saf HPMC'nin E değeri diğer numunelerden daha yüksektir. Nişasta içeren numunelerin tamamının aktivasyon enerjileri düşük pozitif değerlerdeydi; bu durum, düşük sıcaklıklarda sıcaklıkla birlikte viskozitedeki azalmanın daha az belirgin olduğunu ve formülasyonların nişasta benzeri bir doku sergilediğini gösteriyor.

Tablo 5-3 HPS'nin farklı hidroksipropilasyon derecelerine sahip HPS/HPMC karışımları için Denk.(1)'den Arrhenius denklemi parametreleri (E: aktivasyon enerjisi; A: sabit; R2: belirleme katsayısı)

Bununla birlikte, 45 °C – 85 °C'lik daha yüksek sıcaklık aralığında, saf HPS ve HPMC/HPS kompozit örnekleri arasında E değeri niteliksel olarak değişti ve saf HPS'lerin E değeri 45,6 kJ·mol−1 – aralığındaydı. 124 kJ·mol−1, komplekslerin E değerleri -3,77 kJ·mol−1– -72,2 kJ·mol−1 aralığındadır. Bu değişiklik, saf HPMC'nin E değeri -174 kJ mol−1 olduğundan, HPMC'nin karmaşık sistemin aktivasyon enerjisi üzerindeki güçlü etkisini göstermektedir. Saf HPMC ve bileşik sistemin E değerleri negatiftir; bu, daha yüksek sıcaklıklarda viskozitenin artan sıcaklıkla arttığını ve bileşiğin HPMC benzeri davranış dokusu sergilediğini gösterir.

HPMC ve HPS'nin, yüksek sıcaklıkta ve düşük sıcaklıkta HPMC/HPS bileşik sistemlerinin karmaşık viskozitesi üzerindeki etkileri, tartışılan viskoelastik özelliklerle tutarlıdır.

5.3.5 Dinamik mekanik özellikler

Şekil 5-8, farklı derecelerde hidroksipropil ikamesi ile HPS'nin HPMC/HPS bileşik çözeltilerinin 5 °C'deki frekans tarama eğrilerini göstermektedir. Şekilden saf HPS'nin tipik katı benzeri davranış (G′ > G″) sergilediği, HPMC'nin ise sıvı benzeri davranış (G′ < G″) gösterdiği görülebilir. Tüm HPMC/HPS formülasyonları katı benzeri davranış sergiledi. Numunelerin çoğu için hem G' hem de G' artan frekansla artar, bu da malzemenin katı benzeri davranışının güçlü olduğunu gösterir.

Saf HPMC'ler, saf HPS örneklerinde görülmesi zor olan net bir frekans bağımlılığı sergiler. Beklendiği gibi, HPMC/HPS karmaşık sistemi belirli bir derecede frekans bağımlılığı sergiledi. HPS içeren tüm numuneler için n' her zaman n″'den düşüktür ve G″, G'den daha güçlü bir frekans bağımlılığı sergiler, bu da bu numunelerin viskozdan daha elastik olduğunu gösterir [352, 359, 363]. Bu nedenle, birleştirilmiş numunelerin performansı temel olarak HPS tarafından belirlenir; bunun temel nedeni, HPMC'nin düşük sıcaklıkta daha düşük viskoziteli bir çözelti durumu sunmasıdır.

Tablo 5-4 Denklemler 2'den belirlendiği gibi 5 °C'de HPS'nin farklı hidropropil ikame derecesine sahip HPS/HPMC için n', n", G0' ve G0". (5-1) ve (5-2)

Şekil 5-8 5 °C'de HPS'nin farklı hidroipropil ikame derecesine sahip HPS/HPMC karışımları için depolama modülü (G') ve kayıp modülü (G″) ile frekans karşılaştırması

Saf HPMC'ler, saf HPS örneklerinde görülmesi zor olan net bir frekans bağımlılığı sergiler. HPMC/HPS kompleksinden beklendiği gibi ligand sistemi belirli bir derecede frekans bağımlılığı sergiledi. HPS içeren tüm numuneler için n' her zaman n″'den düşüktür ve G″, G'den daha güçlü bir frekans bağımlılığı sergiler, bu da bu numunelerin viskozdan daha elastik olduğunu gösterir [352, 359, 363]. Therefore, the performance of the compounded samples is mainly determined by HPS, which is mainly because HPMC presents a lower viscosity solution state at low temperature.

Şekil 5-9, 85°C'de farklı derecelerde hidroksipropil ikamesine sahip HPS'nin HPMC/HPS bileşik çözeltilerinin frekans tarama eğrilerini gösterir. Şekilden görülebileceği gibi A1081 dışındaki diğer tüm HPS örnekleri tipik katı benzeri davranış sergiledi. A1081 için G' ve G” değerleri birbirine çok yakındır ve G', G”den biraz daha küçüktür, bu da A1081'in bir akışkan gibi davrandığını gösterir.

Bunun nedeni A1081'in soğuk bir jel olması ve yüksek sıcaklıkta jelden çözeltiye geçiş yapması olabilir. Öte yandan, aynı bileşik oranına sahip numuneler için n', n", G0' ve G0" (Tablo 5-5) değerlerinin tümü, hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla azaldı; bu, hidroksipropilasyonun katı-katı maddeyi azalttığını gösterir. Nişastanın yüksek sıcaklıktaki (85°C) davranışına benzer. Özellikle, G80'in n' ve n''si 0'a yakındır ve güçlü katı benzeri davranış gösterir; aksine A1081'in n' ve n' değerleri 1'e yakındır ve güçlü akışkan davranışı gösterir. Bu n' ve n" değerleri G' ve G" verileriyle tutarlıdır. Ek olarak, Şekil 5-9'da görülebileceği gibi, hidroksipropil ikamesinin derecesi, yüksek sıcaklıkta HPS'nin frekans bağımlılığını önemli ölçüde geliştirebilir.

Şekil 5-9 85 °C'de HPS'nin farklı hidroipropil ikame derecesi ile HPS/HPMC karışımları için depolama modülü (G') ve kayıp modülü (G″) ile frekans karşılaştırması

Şekil 5-9, HPMC'nin 85°C'de tipik katı benzeri davranış (G′ > G″) sergilediğini gösterir; bu, esas olarak termojel özelliklerine atfedilir. Ek olarak, HPMC'nin G' ve G''si frekansa göre değişmektedir. Artışın fazla değişmemesi, net bir frekans bağımlılığının olmadığını göstermektedir.

HPMC/HPS bileşik sistemi için, n' ve n″ değerlerinin her ikisi de 0'a yakındır ve G0', G0'dan önemli ölçüde yüksektir (Tablo ″ 5-5), bu da onun katı benzeri davranışını doğrular. Öte yandan, daha yüksek hidroksipropil ikamesi, HPS'yi katı benzeri davranıştan sıvı benzeri davranışa kaydırabilir; bu, bileşik çözeltilerde meydana gelmeyen bir olgudur. Ayrıca HPMC ile eklenen bileşik sistemde frekansın artmasıyla birlikte hem G' hem de G” nispeten sabit kalmış, n' ve n” değerleri ise HPMC'ye yakın çıkmıştır. Tüm bu sonuçlar, HPMC'nin, 85°C'lik yüksek sıcaklıkta bileşik sistemin viskoelastisitesinde baskın olduğunu göstermektedir.

Tablo 5-5 Denklemler 2'den belirlendiği gibi 85 °C'de HPS'nin farklı hidropropil ikamesi ile HPS/HPMC için n', n", G0' ve G0". (5-1) and (5-2)

5.3.6 HPMC/HPS kompozit sisteminin morfolojisi

HPMC/HPS bileşik sisteminin faz geçişi, iyot boyama optik mikroskobu ile incelenmiştir. Bileşik oranı 5:5 olan HPMC/HPS bileşik sistemi 25°C, 45°C ve 85°C'de test edildi. Aşağıdaki boyalı ışık mikroskobu görüntüleri Şekil 5-10'da gösterilmektedir. Şekilden iyot ile boyama sonrası HPS fazının daha koyu bir renge boyandığı, HPMC fazının ise iyot ile boyanamadığı için daha açık bir renk gösterdiği görülmektedir. Bu nedenle HPMC/HPS'nin iki aşaması açıkça ayırt edilebilir. Daha yüksek sıcaklıklarda karanlık bölgelerin alanı (HPS fazı) artar ve parlak bölgelerin alanı (HPMC fazı) azalır. Özellikle, 25 °C'de, HPMC (parlak renk), HPMC/HPS kompozit sistemindeki sürekli fazdır ve küçük küresel HPS fazı (koyu renk), HPMC sürekli fazında dağılır. Buna karşılık, 85 °C'de HPMC, HPS sürekli fazında dağılmış, çok küçük ve düzensiz şekilli dağılmış bir faz haline geldi.

Şekil 5-8 25 °C, 45 °C ve 85 °C'de boyalı 1:1 HPMC/HPS karışımlarının morfolojileri

Sıcaklığın artmasıyla birlikte, HPMC/HPS bileşik sisteminde sürekli fazın faz morfolojisinde HPMC'den HPS'ye bir geçiş noktası olmalıdır. Teorik olarak, HPMC ve HPS'nin viskozitesi aynı veya çok benzer olduğunda bu durum meydana gelmelidir. Şekil 5-10'daki 45 °C'lik mikrograflardan görülebileceği gibi, tipik "deniz-ada" faz diyagramı görünmüyor ancak eş-sürekli bir faz gözlemleniyor. Bu gözlem aynı zamanda 5.3.3'te tartışılan dağılma faktörü-sıcaklık eğrisindeki tan δ zirvesinde sürekli fazın bir faz geçişinin meydana gelmiş olabileceği gerçeğini de doğrulamaktadır.

Şekilden ayrıca düşük sıcaklıkta (25 °C) karanlık HPS dağılmış fazın bazı kısımlarının belirli bir derecede parlak renk gösterdiği görülebilir; bunun nedeni HPMC fazının bir kısmının HPS fazında mevcut olması olabilir. dağılmış faz şeklindedir. orta. Tesadüfen, yüksek sıcaklıkta (85 °C), bazı küçük koyu parçacıklar parlak renkli HPMC dağılmış fazda dağılır ve bu küçük koyu parçacıklar, sürekli faz HPS'dir. Bu gözlemler, HPMC-HPS bileşik sisteminde belirli bir derecede mezofazın mevcut olduğunu ve dolayısıyla HPMC'nin HPS ile belirli bir uyumluluğa sahip olduğunu göstermektedir.

5.3.7 HPMC/HPS bileşik sisteminin faz geçişinin şematik diyagramı

Polimer çözeltilerinin ve kompozit jel noktalarının [216, 232] klasik reolojik davranışına ve makalede tartışılan komplekslerle karşılaştırmaya dayanarak, Şekil 2'de gösterildiği gibi, HPMC/HPS komplekslerinin sıcaklıkla yapısal dönüşümü için temel bir model önerilmektedir. .5-11.

Şekil 5-11 HPMC (a)'nın sol-jel geçişinin şematik yapıları; HPS(b); ve HPMC/HPS (c)

HPMC'nin jel davranışı ve bununla ilgili çözelti-jel geçiş mekanizması çok fazla incelenmiştir [159, 160, 207, 208]. Yaygın olarak kabul edilenlerden biri, HPMC zincirlerinin çözüm halinde toplanmış demetler halinde mevcut olmasıdır. Bu kümeler, bazı ikame edilmemiş veya az çözünen selüloz yapılarının sarılmasıyla birbirine bağlanır ve yoğun şekilde ikame edilmiş bölgelere, metil gruplarının ve hidroksil gruplarının hidrofobik toplanmasıyla bağlanır. Düşük sıcaklıkta, su molekülleri metil hidrofobik grupların dışında kafes benzeri yapılar ve hidroksil grupları gibi hidrofilik grupların dışında su kabuğu yapıları oluşturarak HPMC'nin düşük sıcaklıklarda zincirler arası hidrojen bağları oluşturmasını engeller. Sıcaklık arttıkça HPMC enerjiyi emer ve çözelti-jel geçişinin kinetiği olan bu su kafesi ve su kabuğu yapıları kırılır. Su kafesinin ve su kabuğunun yırtılması, metil ve hidroksipropil gruplarının sulu ortama maruz kalmasına neden olarak serbest hacimde önemli bir artışa neden olur. Daha yüksek sıcaklıklarda, hidrofobik grupların hidrofobik birleşimi ve hidrofilik grupların hidrofilik birleşimi nedeniyle, Şekil 5-11(a)'da gösterildiği gibi jelin üç boyutlu ağ yapısı nihayet oluşur.

Nişasta jelatinleşmesinden sonra amiloz, nişasta granüllerinden çözünerek içi boş, tek sarmal bir yapı oluşturur; bu yapı sürekli olarak sarılır ve sonunda rastgele bir sarmal durumu sunar. Bu tek sarmallı yapı, içeride hidrofobik bir boşluk, dışarıda ise hidrofilik bir yüzey oluşturur. Nişastanın bu yoğun yapısı ona daha iyi stabilite kazandırır [230-232]. Bu nedenle HPS, yüksek sıcaklıkta sulu çözeltide bazı gerilmiş sarmal bölümlere sahip değişken rastgele bobinler biçiminde bulunur. Sıcaklık düştükçe HPS ile su molekülleri arasındaki hidrojen bağları kopar ve bağlı su kaybolur. Son olarak moleküler zincirler arasında hidrojen bağlarının oluşması nedeniyle üç boyutlu bir ağ yapısı oluşur ve Şekil 5-11(b)'de gösterildiği gibi bir jel oluşur.

Genellikle çok farklı viskozitelere sahip iki bileşen birleştirildiğinde, yüksek viskoziteli bileşen dağılmış bir faz oluşturma eğilimindedir ve düşük viskoziteli bileşenin sürekli fazında dağılır. Düşük sıcaklıklarda HPMC'nin viskozitesi HPS'ninkinden önemli ölçüde daha düşüktür. Bu nedenle HPMC, yüksek viskoziteli HPS jel fazını çevreleyen sürekli bir faz oluşturur. İki fazın kenarlarında, HPMC zincirlerindeki hidroksil grupları bağlı suyun bir kısmını kaybeder ve HPS moleküler zincirleriyle moleküller arası hidrojen bağları oluşturur. Isıtma işlemi sırasında HPS moleküler zincirleri yeterli enerjiyi emerek hareket etti ve su molekülleri ile hidrojen bağları oluşturarak jel yapısının kopmasına neden oldu. Aynı zamanda, HPMC zincirindeki su kafesi yapısı ve su kabuğu yapısı tahrip edildi ve hidrofilik grupları ve hidrofobik kümeleri açığa çıkaracak şekilde yavaş yavaş parçalandı. Yüksek sıcaklıkta, HPMC, moleküller arası hidrojen bağları ve hidrofobik birleşme nedeniyle bir jel ağ yapısı oluşturur ve böylece Şekil 5-11(c)'de gösterildiği gibi, rastgele bobinlerin HPS sürekli fazında dağılmış yüksek viskoziteli dağılmış bir faz haline gelir. Bu nedenle HPS ve HPMC, sırasıyla düşük ve yüksek sıcaklıklarda kompozit jellerin reolojik özelliklerine, jel özelliklerine ve faz morfolojisine hakim oldu.

Hidroksipropil gruplarının nişasta moleküllerine dahil edilmesi, iç sıralı molekül içi hidrojen bağ yapısını bozar, böylece jelatinleşmiş amiloz molekülleri şişmiş ve gerilmiş bir durumda olur, bu da moleküllerin etkili hidrasyon hacmini arttırır ve nişasta moleküllerinin rastgele dolaşma eğilimini engeller. sulu çözelti içinde [362]. Bu nedenle, hidroksipropilin hacimli ve hidrofilik özellikleri, amiloz moleküler zincirlerinin rekombinasyonunu ve çapraz bağlanma bölgelerinin oluşumunu zorlaştırır [233]. Bu nedenle sıcaklığın azalmasıyla birlikte doğal nişastayla karşılaştırıldığında HPS daha gevşek ve yumuşak bir jel ağ yapısı oluşturma eğilimindedir.

Hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla birlikte, HPS çözeltisinde iki fazın sınırında HPMC moleküler zinciri ile daha fazla moleküller arası hidrojen bağları oluşturabilen, böylece daha düzgün bir yapı oluşturabilen daha fazla gerilmiş sarmal parça bulunur. Ayrıca hidroksipropilasyon, nişastanın viskozitesini azaltır, bu da formülasyondaki HPMC ve HPS arasındaki viskozite farkını azaltır. Bu nedenle HPMC/HPS kompleks sisteminde faz geçiş noktası, HPS hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla birlikte düşük sıcaklığa kayar. Bu, 5.3.4'teki sulandırılmış numunelerin sıcaklığıyla birlikte viskozitesindeki ani değişiklikle doğrulanabilir.

5.4 Bölüm Özeti

Bu bölümde farklı HPS hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPMC/HPS bileşik çözeltileri hazırlanmış ve HPS hidroksipropil ikame derecesinin HPMC/HPS soğuk ve sıcak jel bileşik sisteminin reolojik özelliklerine ve jel özelliklerine etkisi reometre ile incelenmiştir. HPMC/HPS soğuk ve sıcak jel kompozit sisteminin faz dağılımı, iyot boyama optik mikroskop analizi ile incelenmiştir. Başlıca bulgular aşağıdaki gibidir:

1. Oda sıcaklığında, HPMC/HPS bileşiği çözeltisinin viskozitesi ve kayma incelmesi, HPS hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla azaldı. Bunun temel nedeni, hidroksipropil grubunun nişasta molekülüne dahil edilmesinin molekül içi hidrojen bağ yapısını tahrip etmesi ve nişastanın hidrofilikliğini geliştirmesidir.
2. Oda sıcaklığında, HPMC/HPS bileşiği çözeltilerinin sıfır kesme viskozitesi h0, akış indeksi n ve viskozite katsayısı K, hem HPMC hem de hidroksipropilasyondan etkilenir. HPMC içeriğinin artmasıyla sıfır kayma viskozitesi h0 azalır, akış indeksi n artar ve viskozite katsayısı K azalır; saf HPS'nin sıfır kayma viskozitesi h0, akış indeksi n ve viskozite katsayısı K'nın tümü hidroksil ile birlikte artar. Propil ikame derecesinin artmasıyla birlikte küçülür; ancak bileşik sistem için sıfır kayma viskozitesi h0 ikame derecesinin artmasıyla azalırken akış indeksi n ve viskozite sabiti K ikame derecesinin artmasıyla artar.
3. Ön kesmeli kesme yöntemi ve üç aşamalı tiksotropi, bileşik çözeltinin viskozitesini, akış özelliklerini ve tiksotropisini daha doğru bir şekilde yansıtabilir.
4. HPMC/HPS bileşik sisteminin doğrusal viskoelastik bölgesi, HPS'nin hidroksipropil ikame derecesinin azalmasıyla daralır.
5. Bu soğuk-sıcak jel bileşiği sisteminde, HPMC ve HPS sırasıyla düşük ve yüksek sıcaklıklarda sürekli fazlar oluşturabilir. Bu faz yapısı değişikliği, kompleks jelin kompleks viskozitesini, viskoelastik özelliklerini, frekans bağımlılığını ve jel özelliklerini önemli ölçüde etkileyebilir.
6. Dağınık fazlar olarak HPMC ve HPS, HPMC/HPS bileşik sistemlerinin sırasıyla yüksek ve düşük sıcaklıklarda reolojik özelliklerini ve jel özelliklerini belirleyebilir. HPMC/HPS kompozit örneklerinin viskoelastik eğrileri, düşük sıcaklıkta HPS ve yüksek sıcaklıkta HPMC ile tutarlıydı.
7. Nişasta yapısının farklı derecedeki kimyasal modifikasyonunun da jel özellikleri üzerinde önemli bir etkisi vardı. Sonuçlar, HPS hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla kompleks viskozitesinin, depolama modülünün ve kayıp modülünün tamamının azaldığını göstermektedir. Bu nedenle, doğal nişastanın hidroksipropilasyonu, düzenli yapısını bozabilir ve nişastanın hidrofilikliğini artırarak yumuşak bir jel dokusuna neden olabilir.
8. Hidroksipropilasyon, nişasta çözeltilerinin düşük sıcaklıkta katı benzeri davranışını ve yüksek sıcaklıkta sıvı benzeri davranışını azaltabilir. Düşük sıcaklıkta, HPS hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla n' ve n" değerleri büyüdü; yüksek sıcaklıkta HPS hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla n' ve n' değerleri küçülmüştür.
9. HPMC/HPS kompozit sisteminin mikro yapısı, reolojik özellikleri ve jel özellikleri arasındaki ilişki kurulmuştur. Bileşik sistemin viskozite eğrisindeki ani değişim ve kayıp faktörü eğrisindeki tan δ zirvesi 45 °C'de görünür; bu, mikrografta (45 °C'de) gözlemlenen eş-sürekli faz fenomeni ile tutarlıdır.

Özetle, HPMC/HPS soğuk-sıcak jel kompozit sistemi, özel sıcaklık kontrollü faz morfolojisi ve özellikleri sergiler. Nişasta ve selülozun çeşitli kimyasal modifikasyonları yoluyla HPMC/HPS soğuk ve sıcak jel bileşik sistemi, yüksek değerli akıllı malzemelerin geliştirilmesi ve uygulanması için kullanılabilir.

Bölüm 6 HPS İkame Derecesinin HPMC/HPS Kompozit Membranların Özellikleri ve Sistem Uyumluluğu Üzerindeki Etkileri

Bileşik sistemindeki bileşenlerin kimyasal yapısındaki değişimin, bileşik sisteminin reolojik özellikleri, jel özellikleri ve diğer işlem özelliklerindeki farklılığı belirlediği Bölüm 5'ten görülebilmektedir. Genel performansın önemli bir etkisi vardır.

Bu bölüm, bileşenlerin kimyasal yapısının HPMC/HPS kompozit membranın mikro yapısı ve makroskopik özellikleri üzerindeki etkisine odaklanmaktadır. Bölüm 5'in kompozit sistemin reolojik özellikleri üzerindeki etkisi ile birlikte HPMC/HPS kompozit sisteminin reolojik özellikleri, film özellikleri arasındaki ilişki kurulmuştur.

6.1 Malzemeler ve Ekipman

6.1.1 Ana deney malzemeleri

6.1.2 Ana aletler ve ekipmanlar

6.2 Deneysel yöntem

6.2.1 Farklı HPS hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPMC/HPS kompozit membranların hazırlanması

Bileşik çözeltisinin toplam konsantrasyonu %8 (a/a), HPMC/HPS bileşik oranı 10:0, 5:5, 0:10, plastikleştirici %2,4 (a/a) polietilen glikoldur, Yenilebilir HPMC/HPS kompozit filmi döküm yöntemiyle hazırlandı. Özel hazırlama yöntemi için bkz. 3.2.1.

6.2.2 Farklı HPS hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPMC/HPS kompozit membranların mikro alan yapısı

6.2.2.1 Sinkrotron radyasyonu küçük açılı X-ışını saçılımının mikroyapı analizi ilkesi

Küçük Melek X-ışını Saçılımı (SAXS), test edilen numuneyi X-ışını ışınına yakın küçük bir açıyla ışınlayan X-ışını ışınının neden olduğu saçılma olgusunu ifade eder. Saçıcı ve çevresindeki ortam arasındaki nano ölçekli elektron yoğunluğu farkına bağlı olarak, küçük açılı X-ışını saçılımı, nano ölçekli aralıktaki katı, kolloidal ve sıvı polimer malzemelerin incelenmesinde yaygın olarak kullanılır. Geniş açılı X-ışını kırınım teknolojisiyle karşılaştırıldığında SAXS, polimer moleküler zincirlerin konformasyonunu, uzun periyotlu yapıları ve polimer kompleks sistemlerinin faz yapısını ve faz dağılımını analiz etmek için kullanılabilen daha büyük ölçekte yapısal bilgi elde edebilir. . Synchrotron X-ışını ışık kaynağı, yüksek saflık, yüksek polarizasyon, dar darbe, yüksek parlaklık ve yüksek kolimasyon avantajlarına sahip yeni bir tür yüksek performanslı ışık kaynağıdır, böylece malzemelerin nano ölçekli yapısal bilgilerini daha hızlı elde edebilir. ve doğru bir şekilde. Ölçülen maddenin SAXS spektrumunun analiz edilmesi, elektron bulutu yoğunluğunun tekdüzeliğini, tek fazlı elektron bulutu yoğunluğunun tekdüzeliğini (Porod veya Debye teoreminden pozitif sapma) ve iki fazlı arayüzün netliğini (Porod'dan negatif sapma) niteliksel olarak elde edebilir. veya Debye teoremi). ), saçıcının kendine benzerliği (fraktal özelliklere sahip olup olmadığı), saçıcı dispersiyonu (tek dağılımlılık veya Guinier tarafından belirlenen çoklu dağılım) ve diğer bilgiler ile saçıcının fraktal boyutu, dönme yarıçapı ve tekrar eden birimlerin ortalama katmanı da niceliksel olarak elde edilebilir. Kalınlık, ortalama boyut, saçıcı hacim oranı, spesifik yüzey alanı ve diğer parametreler.

6.2.2.2 Test yöntemi

At the Australian Synchrotron Radiation Center (Clayton, Victoria, Australia), the world's advanced third-generation synchrotron radiation source (flux 1013 photons/s, wavelength 1.47 Å) was used to determine the micro-domain structure and other related information of the composite film. The two-dimensional scattering pattern of the test sample was collected by the Pilatus 1M detector (169 × 172 μm area, 172 × 172 μm pixel size), and the measured sample was in the range of 0.015 < q < 0.15 Å−1 ( q saçılma vektörüdür) İçteki tek boyutlu küçük açılı X-ışını saçılma eğrisi, ScatterBrain yazılımı tarafından iki boyutlu saçılma deseninden elde edilir ve saçılma vektörü q ve saçılma açısı 2, i / formülüyle dönüştürülür, X-ışını dalga boyu nerede. Veri analizinden önce tüm veriler önceden normalleştirildi.

6.2.3.1 Termogravimetrik analiz ilkesi

3.2.5.1 ile aynı

6.2.3.2 Test yöntemi

Bkz. 3.2.5.2

6.2.4 Farklı derecelerde HPS hidroksipropil ikamesine sahip HPMC/HPS kompozit filmlerin gerilme özellikleri

6.2.4.1 Çekme özelliği analizi ilkesi

3.2.6.1 ile aynı

6.2.4.2 Test yöntemi

Bkz. 3.2.6.2

ISO37 standardını kullanarak, toplam uzunluğu 35 mm, işaret çizgileri arasındaki mesafe 12 mm ve genişliği 2 mm olan dambıl şeklinde kamalar halinde kesilir. All test specimens were equilibrated at 75% humidity for more than 3 d.

6.2.5 Farklı derecelerde HPS hidroksipropil ikamesine sahip HPMC/HPS kompozit membranların oksijen geçirgenliği

6.2.5.1 Oksijen geçirgenliği analizinin prensibi

3.2.7.1 ile aynı

6.2.5.2 Test yöntemi

Bkz. 3.2.7.2

6.3 Sonuçlar ve Tartışma

Şekil 6-1, farklı derecelerde HPS hidroksipropil ikamesine sahip HPMC/HPS kompozit filmlerin küçük açılı X-ışını saçılma spektrumlarını gösterir. Şekilden görülebileceği gibi nispeten geniş ölçekli q > 0,3 Å (2θ > 40) aralığında, tüm membran örneklerinde bariz karakteristik tepe noktaları görünür. Saf bileşenli filmin X-ışını saçılma modeline göre (Şekil 6-1a), saf HPMC, 0,569 Å'da güçlü bir X-ışını saçılma karakteristik zirvesine sahiptir; bu, HPMC'nin geniş açıda bir X-ışını saçılma zirvesine sahip olduğunu gösterir. 7,70 bölgesi (2θ > 50). HPMC'nin burada belirli bir kristal yapıya sahip olduğunu gösteren kristal karakteristik tepe noktaları. Hem saf A939 hem de A1081 nişasta film numuneleri, 0,397 Å'da belirgin bir X-ışını saçılma zirvesi sergiledi; bu, HPS'nin, nişastanın B tipi kristal zirvesine karşılık gelen, 5,30'luk geniş açı bölgesinde kristal karakteristik bir zirveye sahip olduğunu gösterir. Düşük hidroksipropil ikameli A939'un, yüksek ikameli A1081'den daha büyük bir pik alanına sahip olduğu şekilde açıkça görülebilmektedir. Bunun temel nedeni, hidroksipropil grubunun nişasta moleküler zincirine dahil edilmesinin, nişasta moleküllerinin orijinal düzenli yapısını bozması, nişasta moleküler zincirleri arasında yeniden düzenleme ve çapraz bağlanma zorluğunu arttırması ve nişastanın yeniden kristalleşme derecesini azaltmasıdır. Hidroksipropil grubunun ikame derecesinin artmasıyla, hidroksipropil grubunun nişastanın yeniden kristalleşmesini önleyici etkisi daha belirgindir.

It can be seen from the small-angle X-ray scattering spectra of the composite samples (Fig. 6-1b) that the HPMC-HPS composite films all showed obvious characteristic peaks at 0.569 Å and 0.397 Å, corresponding to the 7.70 HPMC crystal sırasıyla karakteristik zirveler. HPMC/A939 kompozit filmin HPS kristalizasyonunun tepe alanı, HPMC/A1081 kompozit filminkinden önemli ölçüde daha büyüktür. Yeniden düzenleme baskılanır; bu, HPS kristalizasyon tepe alanının saf bileşen filmlerindeki hidroksipropil ikame derecesi ile değişmesiyle tutarlıdır. Farklı derecelerde HPS hidroksipropil ikamesine sahip kompozit membranlar için 7.70'te HPMC'ye karşılık gelen kristalin tepe alanı fazla değişmedi. Saf bileşen numunelerinin spektrumu ile karşılaştırıldığında (Şekil 5-1a), kompozit numunelerin HPMC kristalizasyon zirveleri ve HPS kristalizasyon zirvelerinin alanları azalmıştır; bu, ikisinin kombinasyonu yoluyla hem HPMC hem de HPS'nin etkili olabileceğini göstermiştir. diğer grup. Film ayırma malzemesinin yeniden kristalleşme olgusu belirli bir engelleyici rol oynar.

Şekil 6-1 Çeşitli HPS hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPMC/HPS karışım filmlerinin SAXS spektrumları

Sonuç olarak, HPS hidroksipropil ikame derecesinin arttırılması ve iki bileşenin birleştirilmesi, HPMC/HPS kompozit membranın yeniden kristalleşme olgusunu bir dereceye kadar engelleyebilir. HPS'nin hidroksipropil ikame derecesinin artması, esas olarak HPS'nin kompozit membranda yeniden kristalleşmesini inhibe ederken, iki bileşenli bileşik, HPS ve HPMC'nin kompozit membranda yeniden kristalleşmesinde belirli bir inhibitör rol oynadı.

Nişasta molekülleri ve selüloz molekülleri gibi polisakkarit moleküllerinin ortalama zincir uzunluğu (R) 1000-1500 nm aralığında, q ise 0,01-0,1 Å-1 aralığında, qR >> 1 aralığındadır. Porod formülü, polisakkarit film örnekleri görülebilir Küçük açılı X-ışını saçılma yoğunluğu ile saçılma açısı arasındaki ilişki şöyledir:

q saçılma açısıdır;

α Porod eğimidir.

Porod eğimi α fraktal yapıyla ilgilidir. α < 3 ise malzeme yapısının nispeten gevşek olduğunu, saçıcının yüzeyinin düzgün olduğunu, kütle fraktal olduğunu ve fraktal boyutunun D = α olduğunu gösterir; 3 < α <4 ise malzeme yapısının yoğun olduğunu ve saçıcının yüzeyin pürüzlü olduğunu yani bir yüzey fraktal olduğunu ve fraktal boyutunun D = 6 – α olduğunu gösterir.

Şekil 6-2, farklı derecelerde HPS hidroksipropil ikamesine sahip HPMC/HPS kompozit membranlarının lnI(q)-lnq grafiklerini göstermektedir. Şekilden tüm numunelerin belirli bir aralıkta kendine benzer bir fraktal yapı sunduğu ve Porod eğimi α'nın 3'ten küçük olduğu, kompozit filmin kütle fraktalına sahip olduğunu ve kompozit filmin yüzeyinin göreceli olarak daha küçük olduğunu gösterdiği görülebilir. düz. Farklı derecelerde HPS hidroksipropil ikamesine sahip HPMC/HPS kompozit membranların kütle fraktal boyutları Tablo 6-1'de gösterilmektedir.

Tablo 6-1, farklı derecelerde HPS hidroksipropil ikamesine sahip HPMC/HPS kompozit membranların fraktal boyutunu göstermektedir. Saf HPS numuneleri için, düşük hidroksipropil ile ikame edilen A939'un fraktal boyutunun, yüksek hidroksipropil ile ikame edilen A1081'in fraktal boyutunun çok daha yüksek olduğu tablodan görülebilir; bu, membrandaki hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla birlikte olduğunu gösterir. Kendine benzer yapının yoğunluğu önemli ölçüde azalır. Bunun nedeni, nişasta moleküler zincirine hidroksipropil gruplarının eklenmesinin, HPS bölümlerinin karşılıklı bağlanmasını önemli ölçüde engellemesi ve bunun sonucunda filmdeki kendine benzeyen yapının yoğunluğunun azalmasına yol açmasıdır. Hidrofilik hidroksipropil grupları, su molekülleriyle moleküller arası hidrojen bağları oluşturarak moleküler bölümler arasındaki etkileşimi azaltabilir; daha büyük hidroksipropil grupları, nişasta moleküler bölümleri arasındaki rekombinasyonu ve çapraz bağlanmayı sınırlar, dolayısıyla artan hidroksipropil ikame derecesi ile HPS, daha gevşek, kendine benzer bir yapı oluşturur.

HPMC/A939 bileşik sistemi için, HPS'nin fraktal boyutu HPMC'ninkinden daha yüksektir, bunun nedeni nişastanın yeniden kristalleşmesi ve moleküler zincirler arasında daha düzenli bir yapının oluşması ve bunun da membranda kendine benzer yapıya yol açmasıdır. . Yüksek yoğunluk. Bileşik numunesinin fraktal boyutu iki saf bileşenin boyutundan daha düşüktür, çünkü bileşik oluşturma yoluyla iki bileşenin moleküler bölümlerinin karşılıklı bağlanması birbirleri tarafından engellenir ve bu da kendine benzer yapıların yoğunluğunun azalmasına neden olur. Buna karşılık, HPMC/A1081 bileşik sisteminde HPS'nin fraktal boyutu HPMC'ninkinden çok daha düşüktür. Bunun nedeni, nişasta moleküllerine hidroksipropil gruplarının eklenmesinin, nişastanın yeniden kristalleşmesini önemli ölçüde engellemesidir. Ahşabın kendine benzeyen yapısı daha gevşektir. Aynı zamanda, HPMC/A1081 bileşik numunesinin fraktal boyutu saf HPS'ninkinden daha yüksektir ve bu da HPMC/A939 bileşik sisteminden önemli ölçüde farklıdır. Kendine benzer yapı, zincir benzeri HPMC molekülleri gevşek yapısının boşluğuna girebilir, böylece HPS'nin kendine benzer yapısının yoğunluğunu arttırır, bu aynı zamanda yüksek hidroksipropil ikamesi olan HPS'nin bileşik oluşturmadan sonra daha düzgün bir kompleks oluşturabileceğini gösterir. HPMC ile. içindekiler. Reolojik özellikler verilerinden, hidroksipropilasyonun nişastanın viskozitesini azaltabildiği görülebilir, bu nedenle bileşik oluşturma işlemi sırasında, bileşik sistemindeki iki bileşen arasındaki viskozite farkı azaltılır, bu da homojen bir oluşumun oluşmasına daha elverişli olur. birleştirmek.

Şekil 6-2 HPS'nin çeşitli hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPMC/HPS karışım filmleri için lnI(q)-lnq desenleri ve uyum eğrileri

Tablo 6-1 HPS'nin çeşitli hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPS/HPMC karışım filmlerinin fraktal yapı parametreleri

For the composite membranes with the same compounding ratio, the fractal dimension also decreases with the increase of the substitution degree of hydroxypropyl group. Hidroksipropilin HPS molekülüne dahil edilmesi, bileşik sistemdeki polimer bölümlerinin karşılıklı bağlanmasını azaltabilir, böylece kompozit membranın yoğunluğunu azaltabilir; Yüksek hidroksipropil ikameli HPS, HPMC ile daha iyi uyumluluğa sahiptir, tekdüze ve yoğun bileşik oluşturmak daha kolaydır. Bu nedenle, HPS hidroksipropilin ikame derecesinin ve kompozitteki iki bileşenin uyumluluğunun ortak etkisinin bir sonucu olarak, HPS'nin ikame derecesinin artmasıyla kompozit membrandaki kendine benzer yapının yoğunluğu azalır. sistem.

Farklı derecelerde hidroksipropil ikamesi ile HPMC/HPS yenilebilir kompozit filmlerin termal stabilitesini test etmek için termogravimetrik analiz cihazı kullanıldı. Şekil 6-3, farklı derecelerde hidroksipropil ikame HPS'sine sahip kompozit filmlerin termogravimetrik eğrisini (TGA) ve ağırlık kaybı oranı eğrisini (DTG) göstermektedir. Şekil 6-3(a)'daki TGA eğrisinden farklı HPS hidroksipropil ikame derecelerine sahip kompozit membran numunelerinin olduğu görülebilmektedir. Sıcaklığın artmasıyla birlikte iki belirgin termogravimetrik değişim aşaması vardır. İlk olarak, 30~180 °C'de küçük bir ağırlık kaybı aşaması vardır ve bu aşama esas olarak polisakkarit makromolekülünün adsorbe ettiği suyun buharlaşmasından kaynaklanır. 300~450 °C'de büyük bir ağırlık kaybı aşaması vardır; bu, esas olarak HPMC ve HPS'nin termal bozulmasının neden olduğu gerçek termal bozunma aşamasıdır. Aynı zamanda, farklı derecelerde hidroksipropil ikamesine sahip HPS'nin ağırlık kaybı eğrilerinin benzer olduğu ve HPMC'ninkinden önemli ölçüde farklı olduğu şekilde görülebilir. Saf HPMC ve saf HPS numuneleri için iki tür ağırlık kaybı eğrisi arasında.

Şekil 6-3(b)'deki DTG eğrilerinden, farklı derecelerde hidroksipropil ikamesine sahip saf HPS'nin termal bozunma sıcaklıklarının çok yakın olduğu ve A939 ve A081 numunelerinin termal bozunma tepe sıcaklıklarının 310 °C olduğu görülebilir. ve 305 °C, sırasıyla Saf HPMC numunesinin termal bozunma tepe sıcaklığı, HPS'ninkinden önemli ölçüde daha yüksektir ve tepe sıcaklığı 365 °C'dir; HPMC/HPS kompozit filmi, DTG eğrisi üzerinde sırasıyla HPS ve HPMC'nin termal bozulmasına karşılık gelen iki termal bozulma zirvesine sahiptir. Bölüm 3'teki 5:5 kompozit oranına sahip kompozit filmin termal bozunma sonuçlarıyla tutarlı olan, 5:5 kompozit oranına sahip kompozit sistemde belirli bir derecede faz ayrımı olduğunu gösteren karakteristik tepe noktaları HPMC/A939 kompozit film örneklerinin termal bozunma tepe sıcaklıkları sırasıyla 302 °C ve 363 °C'dir; HPMC/A1081 kompozit film örneklerinin termal bozunma tepe sıcaklıkları sırasıyla 306 °C ve 363 °C idi. Kompozit film numunelerinin tepe sıcaklıkları, saf bileşen numunelerine göre daha düşük sıcaklıklara kaydırıldı; bu, kompozit numunelerin termal stabilitesinin azaldığını gösterdi. Aynı bileşik oranına sahip numuneler için, termal bozunma tepe sıcaklığı, hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla azaldı; bu, kompozit filmin termal stabilitesinin, hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla azaldığını gösterir. Bunun nedeni, hidroksipropil gruplarının nişasta moleküllerine dahil edilmesinin, moleküler bölümler arasındaki etkileşimi azaltması ve moleküllerin düzenli yeniden düzenlenmesini engellemesidir. Hidroksipropil sübstitüsyon derecesinin artmasıyla kendine benzer yapıların yoğunluğunun azalması sonuçlarla tutarlıdır.

Şekil 6-3 Çeşitli HPS hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPMC/HPS karışım filmlerinin TGA eğrileri (a) ve bunların türev (DTG) eğrileri (b)

6.3.4 Farklı HPS hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPMC/HPS kompozit membranların mekanik özellik analizi

Şekil 6-5 Çeşitli HPS hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPMC/HPS filmlerinin gerilme özellikleri

Farklı HPS hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPMC/HPS kompozit filmlerin gerilme özellikleri, 25 °C'de ve %75 bağıl nemde mekanik özellik analiz cihazı ile test edildi. Şekil 6-5, farklı derecelerde HPS hidroksipropil ikamesi ile kompozit filmlerin elastik modülünü (a), kopma uzamasını (b) ve gerilme mukavemetini (c) göstermektedir. Şekilden HPMC/A1081 bileşik sistemi için HPS içeriğinin artmasıyla birlikte kompozit filmin elastik modülünün ve çekme mukavemetinin kademeli olarak azaldığı ve kopma uzamasının önemli ölçüde arttığı ve bunun da 3.3 ile tutarlı olduğu görülebilir. 5 orta ve yüksek nem. Farklı bileşik oranlarına sahip kompozit membranların sonuçları tutarlıydı.

Saf HPS membranlar için, HPS hidroksipropil ikame derecesinin azalmasıyla hem elastik modül hem de çekme mukavemeti arttı; bu, hidroksipropilasyonun kompozit membranın sertliğini azalttığını ve esnekliğini arttırdığını ortaya koyuyor. Bunun temel nedeni, hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla HPS'nin hidrofilikliğinin artması ve membran yapısının daha gevşek hale gelmesidir; bu, küçük X açısındaki ikame derecesinin artmasıyla fraktal boyutun azalması sonucuyla tutarlıdır. ışın saçılma testi. Bununla birlikte kopma uzaması, HPS hidroksipropil grubunun ikame derecesinin azalmasıyla azalır; bunun temel nedeni, hidroksipropil grubunun nişasta molekülüne dahil edilmesinin, nişastanın yeniden kristalleşmesini engelleyebilmesidir. Sonuçlar artış ve azalışlarla tutarlıdır.

Aynı bileşik oranına sahip HPMC/HPS kompozit membran için, HPS hidroksipropil ikame derecesinin azalmasıyla membran malzemesinin elastik modülü artar ve ikame derecesinin azalmasıyla hem çekme mukavemeti hem de kopma uzaması azalır. Kompozit membranların mekanik özelliklerinin, farklı derecelerde HPS hidroksipropil ikamesi ile bileşik oranı ile tamamen değiştiğine dikkat etmek önemlidir. Bunun temel nedeni, kompozit membranın mekanik özelliklerinin yalnızca membran yapısındaki HPS ikame derecesinden değil, aynı zamanda bileşik sistemdeki bileşenler arasındaki uyumluluktan da etkilenmesidir. Hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla HPS'nin viskozitesi azalır, birleştirme yoluyla tek biçimli bir bileşik oluşturmak daha uygundur.

6.3.5 Farklı HPS hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPMC/HPS kompozit membranların oksijen geçirgenlik analizi

Oksijenin neden olduğu oksidasyon, birçok açıdan gıda bozulmasına neden olan ilk aşamadır, dolayısıyla belirli oksijen bariyeri özelliklerine sahip yenilebilir kompozit filmler gıda kalitesini iyileştirebilir ve gıda raf ömrünü uzatabilir [108, 364]. Bu nedenle, farklı HPS hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPMC/HPS kompozit membranların oksijen iletim hızları ölçülmüş ve sonuçlar Şekil 5-6'da gösterilmiştir. Tüm saf HPS membranlarının oksijen geçirgenliğinin, saf HPMC membranlarından çok daha düşük olduğu şekilde görülebilir; bu, HPS membranlarının, önceki sonuçlarla tutarlı olarak, HPMC membranlarından daha iyi oksijen bariyeri özelliklerine sahip olduğunu gösterir. Farklı derecelerde hidroksipropil ikamesine sahip saf HPS membranlar için, ikame derecesinin artmasıyla oksijen iletim hızı artar; bu, oksijenin membran malzemesine nüfuz ettiği alanın arttığını gösterir. Bu, küçük açılı X-ışını saçılımının mikroyapı analizi ile tutarlıdır; hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla membran yapısının gevşemesi, böylece membrandaki oksijenin nüfuz kanalının büyümesi ve membrandaki oksijenin artması sağlanır. nüfuz eder Alan arttıkça oksijen iletim hızı da giderek artar.

Şekil 6-6 HPS'nin çeşitli hidroksipropil ikame derecelerine sahip HPS/HPMC filmlerinin oksijen geçirgenliği

Farklı HPS hidroksipropil ikame derecelerine sahip kompozit membranlar için, hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla oksijen iletim hızı azalır. Bunun temel nedeni, 5:5 bileşim sisteminde HPS'nin düşük viskoziteli HPMC sürekli fazında dağılmış faz formunda bulunması ve hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla HPS'nin viskozitesinin azalmasıdır. Viskozite farkı ne kadar küçük olursa, homojen bir bileşiğin oluşumu o kadar elverişli olur, membran malzemesindeki oksijen geçirgenlik kanalı o kadar kıvrımlı olur ve oksijen iletim hızı o kadar küçük olur.

6.4 Bölüm Özeti

Bu bölümde, HPMC/HPS yenilebilir kompozit filmler, HPS ve HPMC'nin farklı derecelerde hidroksipropil ikamesi ile dökülmesi ve plastikleştirici olarak polietilen glikol eklenmesiyle hazırlandı. Farklı HPS hidroksipropil ikame derecelerinin kompozit membranın kristal yapısı ve mikro alan yapısı üzerindeki etkisi, sinkrotron radyasyonu küçük açılı X-ışını saçılma teknolojisi ile incelenmiştir. Farklı HPS hidroksipropil ikame derecelerinin kompozit membranların termal kararlılığı, mekanik özellikleri ve oksijen geçirgenliği üzerindeki etkileri ve bunların yasaları termogravimetrik analiz cihazı, mekanik özellik test cihazı ve oksijen geçirgenlik test cihazı ile incelenmiştir. Başlıca bulgular aşağıdaki gibidir:

1. Aynı bileşik oranına sahip HPMC/HPS kompozit membran için, hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla, 5,30'da HPS'ye karşılık gelen kristalizasyon tepe alanı azalırken, 7,70'de HPMC'ye karşılık gelen kristalizasyon tepe alanı fazla değişmez; Nişastanın hidroksipropilasyonu, kompozit filmde nişastanın yeniden kristalleşmesini engelleyebilir.
2. HPMC ve HPS'nin saf bileşenli membranları ile karşılaştırıldığında, kompozit membranların HPS (5.30) ve HPMC'nin (7.70) kristalizasyon tepe alanları azalır; bu, ikisinin kombinasyonu yoluyla hem HPMC hem de HPS'nin etkili olabileceğini gösterir. kompozit membranlar. Başka bir bileşenin yeniden kristalleşmesi belirli bir engelleyici rol oynar.
3. Tüm HPMC/HPS kompozit membranları kendine benzer kütle fraktal yapısı gösterdi. Aynı bileşik oranına sahip kompozit membranlar için, hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla membran malzemesinin yoğunluğu önemli ölçüde azaldı; düşük HPS hidroksipropil ikamesi Kompozit membran malzemesinin yoğunluğu, iki saf bileşenli malzemeninkinden önemli ölçüde daha düşükken, yüksek HPS hidroksipropil ikame derecesine sahip kompozit membran malzemesinin yoğunluğu, saf HPS membranınınkinden daha yüksektir; esas olarak kompozit membran malzemesinin yoğunluğunun aynı anda etkilenmesi nedeniyle. HPS hidroksipropilasyonunun polimer segment bağlanmasının azaltılması ve bileşik sisteminin iki bileşeni arasındaki uyumluluk üzerindeki etkisi.
4. HPS'nin hidroksipropilasyonu, HPMC/HPS kompozit filmlerin termal stabilitesini azaltabilir ve kompozit filmlerin termal bozunma tepe sıcaklığı, nişasta moleküllerindeki hidroksipropil grubundan kaynaklanan hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla düşük sıcaklık bölgesine kayar. Giriş, moleküler bölümler arasındaki etkileşimi azaltır ve moleküllerin düzenli olarak yeniden düzenlenmesini engeller.
5. Saf HPS membranın elastik modülü ve çekme mukavemeti, HPS hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla azalırken, kopma uzaması arttı. Bunun temel nedeni, hidroksipropilasyonun nişastanın yeniden kristalleşmesini engellemesi ve kompozit filmin daha gevşek bir yapı oluşturmasını sağlamasıdır.
6. HPMC/HPS kompozit filmin elastik modülü, HPS hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla azaldı, ancak kompozit filmin mekanik özellikleri HPS hidroksipropil ikame derecesinden etkilenmediğinden gerilme mukavemeti ve kopma uzaması arttı. Etkisinin yanı sıra bileşik sistemin iki bileşeninin uyumluluğundan da etkilenir.
7. Saf HPS'nin oksijen geçirgenliği, hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla artar, çünkü hidroksipropilasyon, HPS amorf bölgesinin yoğunluğunu azaltır ve membrandaki oksijen geçirgenlik alanını arttırır; HPMC/HPS kompozit membran Hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla oksijen geçirgenliği azalır; bunun nedeni esas olarak hiperhidroksipropillenmiş HPS'nin HPMC ile daha iyi uyumluluğa sahip olmasıdır, bu da kompozit membrandaki oksijen geçirgenlik kanalının artan kıvrımlılığına yol açar. Azaltılmış oksijen geçirgenliği.

Yukarıdaki deneysel sonuçlar, HPMC/HPS kompozit membranların mekanik özellikleri, termal stabilitesi ve oksijen geçirgenliği gibi makroskobik özelliklerinin, yalnızca HPS hidroksipropil ikamesinden etkilenmeyen, aynı zamanda iç kristal yapısı ve amorf bölge yapısı ile yakından ilişkili olduğunu göstermektedir. ayrıca kompleks tarafından. Ligand sistemlerinin iki bileşenli uyumluluğunun etkisi.

Sonuç ve Görünüm

1. Çözüm

Bu yazıda, termal jel HPMC ve soğuk jel HPS birleştirilir ve HPMC/HPS soğuk ve sıcak ters jel bileşik sistemi inşa edilir. Bileşik sistemi üzerindeki çözelti konsantrasyonu, bileşik oranı ve kesme etkisi, viskozite, akış indeksi ve tiksotropi gibi reolojik özelliklerin etkisi ile birlikte mekanik özellikler, dinamik termomekanik özellikler, oksijen geçirgenliği, ışık iletim özellikleri ve termal stabilitenin etkisi sistematik olarak incelenir. Döküm yöntemiyle hazırlanan kompozit filmler. Kompozit sistemin kapsamlı özellikleri ve iyotlu şarap boyama uyumluluğu, faz geçişi ve faz morfolojisi optik mikroskopla incelendi ve HPMC/HPS'nin mikroyapısı ile makroskobik özellikleri arasındaki ilişki kuruldu. HPMC/HPS kompozit sisteminin makroskobik özellikleri ile mikromorfolojik yapısı arasındaki ilişkiye göre HPMC/HPS kompozit sisteminin faz yapısını ve uyumluluğunu kontrol ederek kompozitlerin özelliklerini kontrol etmek. Farklı derecelerde kimyasal olarak modifiye edilmiş HPS'nin membranların reolojik özellikleri, jel özellikleri, mikro yapısı ve makroskobik özellikleri üzerindeki etkileri incelenerek, HPMC/HPS soğuk ve sıcak ters jel sisteminin mikroyapısı ve makroskobik özellikleri arasındaki ilişki daha da araştırıldı. İkisi arasındaki ilişki ve jelleşme mekanizmasını, onu etkileyen faktörleri ve bileşik sistemdeki soğuk ve sıcak jel yasalarını açıklığa kavuşturmak için fiziksel bir model kuruldu. İlgili çalışmalar aşağıdaki sonuçlara varmıştır.

1. HPMC/HPS bileşik sisteminin bileşik oranının değiştirilmesi, düşük sıcaklıkta HPMC'nin viskozitesi, akışkanlığı ve tiksotropisi gibi reolojik özelliklerini önemli ölçüde iyileştirebilir. Bileşik sistemin reolojik özellikleri ile mikro yapısı arasındaki ilişki daha da araştırıldı. Spesifik sonuçlar aşağıdaki gibidir:

(1) At low temperature, the compound system is a continuous phase-dispersed phase “sea-island” structure, and the continuous phase transition occurs at 4:6 with the decrease of the HPMC/HPS compound ratio. Bileşim oranı yüksek olduğunda (daha fazla HPMC içeriği), düşük viskoziteli HPMC sürekli fazdır ve HPS dağınık fazdır. For the HPMC/HPS compound system, when the low-viscosity component is the continuous phase and the high-viscosity component is the continuous phase, the contribution of the continuous phase viscosity to the viscosity of the compound system is significantly different. When the low-viscosity HPMC is the continuous phase, the viscosity of the compound system mainly reflects the contribution of the continuous-phase viscosity; yüksek viskoziteli HPS sürekli faz olduğunda, dağılmış faz olarak HPMC, yüksek viskoziteli HPS'nin viskozitesini azaltacaktır. etkisi. Bileşik sistemdeki HPS içeriğinin ve çözelti konsantrasyonunun artmasıyla birlikte, bileşik sistemin viskozitesi ve kesme incelmesi olgusu giderek arttı, akışkanlık azaldı ve bileşik sisteminin katı benzeri davranışı arttı. HPMC'nin viskozitesi ve tiksotropisi, HPS'li formülasyonla dengelenir.

(2) 5:5'lik bir bileşik sistemi için, HPMC ve HPS sırasıyla düşük ve yüksek sıcaklıklarda sürekli fazlar oluşturabilir. Bu faz yapısı değişikliği, kompleks jelin kompleks viskozitesini, viskoelastik özelliklerini, frekans bağımlılığını ve jel özelliklerini önemli ölçüde etkileyebilir. Dağınık fazlar olarak HPMC ve HPS, HPMC/HPS bileşik sistemlerinin sırasıyla yüksek ve düşük sıcaklıklarda reolojik özelliklerini ve jel özelliklerini belirleyebilir. HPMC/HPS kompozit örneklerinin viskoelastik eğrileri, düşük sıcaklıkta HPS ve yüksek sıcaklıkta HPMC ile tutarlıydı.

(3) HPMC/HPS kompozit sisteminin mikro yapısı, reolojik özellikleri ve jel özellikleri arasındaki ilişki kurulmuştur. Bileşik sistemin viskozite eğrisindeki ani değişim ve kayıp faktörü eğrisindeki tan delta zirvesi 45 °C'de görünür; bu, mikrografta (45 °C'de) gözlemlenen eş-sürekli faz fenomeni ile tutarlıdır.

1. Farklı bileşik oranları ve çözelti konsantrasyonları altında hazırlanan kompozit membranların mikroyapı ve mekanik özellikleri, dinamik termomekanik özellikleri, ışık geçirgenliği, oksijen geçirgenliği ve termal stabilitesi, iyot boyama optik mikroskopi teknolojisi ile birlikte incelenerek, faz morfolojisi, faz geçişi ve uyumluluğu araştırılır. Komplekslerin mikroyapısı ile makroskobik özellikleri arasındaki ilişki incelendi. Spesifik sonuçlar aşağıdaki gibidir:

(1) Farklı bileşik oranlarına sahip kompozit filmlerin SEM görüntülerinde belirgin bir iki fazlı arayüz yoktur. Kompozit filmlerin çoğunun DMA sonuçlarında yalnızca bir cam geçiş noktası vardır ve kompozit filmlerin çoğunun DTG eğrisinde yalnızca bir termal bozunma zirvesi vardır. Bunlar hep birlikte HPMC'nin HPS ile belirli bir uyumluluğa sahip olduğunu gösterir.

(2) Bağıl nemin, HPMC/HPS kompozit filmlerin mekanik özellikleri üzerinde önemli bir etkisi vardır ve HPS içeriğinin artmasıyla bu etkinin derecesi artar. Daha düşük bağıl nemde, HPS içeriğinin artmasıyla birlikte kompozit filmlerin hem elastik modülü hem de çekme mukavemeti arttı ve kompozit filmlerin kopma uzaması, saf bileşen filmlerininkinden önemli ölçüde daha düşüktü. Bağıl nemin artmasıyla birlikte kompozit filmin elastik modülü ve çekme mukavemeti azaldı ve kopma uzaması önemli ölçüde arttı ve kompozit filmin mekanik özellikleri ile bileşik oranı arasındaki ilişki, farklı koşullar altında tamamen zıt bir değişim modeli gösterdi. relative humidity. Farklı bileşim oranlarına sahip kompozit membranların mekanik özellikleri, farklı bağıl nem koşulları altında kesişim gösterir ve bu da ürün performansını farklı uygulama gereksinimlerine göre optimize etme olanağı sağlar.

(3) HPMC/HPS kompozit sisteminin mikro yapısı, faz geçişi, şeffaflığı ve mekanik özellikleri arasındaki ilişki kurulmuştur. A. Bileşik sistemin en düşük şeffaflık noktası, HPMC'nin sürekli fazdan dağılmış faza faz geçiş noktası ve çekme modülündeki minimum azalma noktası ile tutarlıdır. B. Young modülü ve kopma uzaması, çözelti konsantrasyonunun artmasıyla azalır; bu, HPMC'nin bileşik sistemdeki sürekli fazdan dağılmış faza morfolojik değişimiyle nedensel olarak ilişkilidir.

(4) HPS'nin eklenmesi, kompozit membrandaki oksijen geçirgenlik kanalının kıvrımlılığını arttırır, membranın oksijen geçirgenliğini önemli ölçüde azaltır ve HPMC membranının oksijen bariyeri performansını artırır.

1. HPS kimyasal modifikasyonunun kompozit sistemin reolojik özellikleri ve kompozit membranın kristal yapısı, amorf bölge yapısı, mekanik özellikleri, oksijen geçirgenliği ve termal stabilite gibi kapsamlı özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Spesifik sonuçlar aşağıdaki gibidir:

(2) HPS'nin hidroksipropilasyonu ve iki bileşenin uyumluluğunun geliştirilmesi, membrandaki nişastanın yeniden kristalleşmesini önemli ölçüde engelleyebilir ve kompozit membranda daha gevşek, kendine benzer bir yapının oluşumunu teşvik edebilir. Nişasta moleküler zincirine hacimli hidroksipropil gruplarının eklenmesi, HPS moleküler bölümlerinin karşılıklı bağlanmasını ve düzenli olarak yeniden düzenlenmesini sınırlar, bu da HPS'nin daha gevşek, kendine benzer bir yapısının oluşmasına neden olur. Karmaşık sistem için, hidroksipropil ikame derecesinin artması, zincir benzeri HPMC moleküllerinin HPS'nin gevşek boşluk bölgesine girmesine izin verir, bu da karmaşık sistemin uyumluluğunu artırır ve HPS'nin kendine benzer yapısının yoğunluğunu artırır. Bileşik sisteminin uyumluluğu, reolojik özelliklerin sonuçlarıyla tutarlı olarak hidroksipropil grubunun ikame derecesinin artmasıyla artar.

(3) HPMC/HPS kompozit membranın mekanik özellikleri, termal kararlılığı ve oksijen geçirgenliği gibi makroskopik özellikleri, iç kristal yapısı ve amorf bölge yapısıyla yakından ilişkilidir. İki bileşenin uyumluluğunun iki etkisinin birleşik etkisi.

1. HPS'nin çözelti konsantrasyonu, sıcaklığı ve kimyasal modifikasyonunun bileşik sisteminin reolojik özellikleri üzerindeki etkileri incelenerek, HPMC/HPS soğuk-ısı ters jel bileşik sisteminin jelleşme mekanizması tartışılmıştır. Spesifik sonuçlar aşağıdaki gibidir:

(1) Bileşik sisteminde kritik bir konsantrasyon (%8) vardır, kritik konsantrasyonun altında, HPMC ve HPS bağımsız moleküler zincirlerde ve faz bölgelerinde mevcuttur; Kritik konsantrasyona ulaşıldığında çözeltide yoğunlaşma halinde HPS fazı oluşur. Jel merkezi, HPMC moleküler zincirlerinin iç içe geçmesiyle bağlanan bir mikrojel yapıdır; Kritik konsantrasyonun üzerinde iç içe geçme daha karmaşıktır ve etkileşim daha güçlüdür ve çözelti, polimer eriyiğine benzer bir davranış sergiler.

(2) Karmaşık sistem, karmaşık sistemdeki HPMC ve HPS'nin jel davranışıyla ilgili olan sıcaklık değişimiyle sürekli fazın bir geçiş noktasına sahiptir. Düşük sıcaklıklarda, HPMC'nin viskozitesi HPS'ninkinden önemli ölçüde daha düşüktür, dolayısıyla HPMC, yüksek viskoziteli HPS jel fazını çevreleyen sürekli bir faz oluşturur. İki fazın kenarlarında, HPMC zincirindeki hidroksil grupları bağlanma suyunun bir kısmını kaybeder ve HPS moleküler zinciriyle moleküller arası hidrojen bağları oluşturur. Isıtma işlemi sırasında HPS moleküler zincirleri yeterli enerjiyi emerek hareket etti ve su molekülleri ile hidrojen bağları oluşturarak jel yapısının kopmasına neden oldu. Aynı zamanda, HPMC zincirlerindeki su kafesi ve su kabuğu yapıları tahrip edildi ve yavaş yavaş parçalanarak hidrofilik gruplar ve hidrofobik kümeler ortaya çıktı. Yüksek sıcaklıkta HPMC, moleküller arası hidrojen bağları ve hidrofobik birleşme nedeniyle bir jel ağ yapısı oluşturur ve böylece rastgele bobinlerin HPS sürekli fazında dağılmış yüksek viskoziteli dağılmış bir faz haline gelir.

(3) HPS'nin hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla birlikte, HPMC/HPS bileşik sisteminin uyumluluğu iyileşir ve bileşik sistemindeki faz geçiş sıcaklığı, düşük sıcaklığa doğru hareket eder. Hidroksipropil ikame derecesinin artmasıyla birlikte, HPS çözeltisinde iki fazın sınırında HPMC moleküler zinciri ile daha fazla moleküller arası hidrojen bağları oluşturabilen, böylece daha düzgün bir yapı oluşturabilen daha fazla gerilmiş sarmal parça bulunur. Hidroksipropilasyon, nişastanın viskozitesini azaltır, böylece bileşikteki HPMC ve HPS arasındaki viskozite farkı daralır, bu da daha homojen bir bileşiğin oluşmasına yardımcı olur ve iki bileşen arasındaki viskozite farkının minimum değeri, düşük değere doğru hareket eder. sıcaklık bölgesi.

2. Yenilik noktaları

1. HPMC/HPS soğuk ve sıcak ters fazlı jel bileşik sistemini tasarlayın ve oluşturun ve bu sistemin benzersiz reolojik özelliklerini, özellikle bileşik çözeltisinin konsantrasyonunu, bileşik oranını, sıcaklığı ve bileşenlerin kimyasal modifikasyonunu sistematik olarak inceleyin. Bileşik sisteminin reolojik özelliklerinin, jel özelliklerinin ve uyumluluğunun etki yasaları daha fazla araştırıldı ve bileşik sisteminin faz morfolojisi ve faz geçişi, iyot boyama optik mikroskobu ve mikro-morfolojik gözlem ile birlikte daha fazla araştırıldı. Bileşik sistemin yapısı kuruldu - Reolojik özellikler-jel özellikleri ilişkisi. İlk defa Arrhenius modeli, farklı sıcaklık aralıklarında soğuk ve sıcak ters fazlı kompozit jellerin jel oluşum kanununa uymak için kullanıldı.

2. HPMC/HPS kompozit sisteminin faz dağılımı, faz geçişi ve uyumluluğu, iyot boyama optik mikroskop analiz teknolojisi ile gözlemlendi ve kompozit filmlerin optik özellikleri ile mekanik özellikleri birleştirilerek şeffaflık-mekanik özellikleri belirlendi. The relationship between microstructure and macroscopic properties such as properties-phase morphology and concentration-mechanical properties-phase morphology. It is the first time to directly observe the change law of the phase morphology of this compound system with compounding ratio, temperature and concentration, especially the conditions of phase transition and the effect of phase transition on the properties of the compound system.

3. Farklı HPS hidroksipropil ikame derecelerine sahip kompozit membranların kristal yapısı ve amorf yapısı SAXS tarafından incelendi ve kompozit jellerin jelleşme mekanizması ve etkisi, kompozit membranların oksijen geçirgenliği gibi reolojik sonuçlar ve makroskopik özelliklerle birlikte tartışıldı. Faktörler ve yasalar, kompozit sistemin viskozitesinin kompozit membrandaki kendine benzer yapının yoğunluğu ile ilişkili olduğu ve kompozitin oksijen geçirgenliği ve mekanik özellikleri gibi makroskobik özelliklerini doğrudan belirlediği ilk kez bulunmuştur. membran ve malzeme özellikleri arasındaki reolojik özellikler-mikroyapı-membran ilişkisini kurar.

3. Görünüm

Son yıllarda, yenilenebilir doğal polimerleri hammadde olarak kullanan güvenli ve yenilebilir gıda ambalaj malzemelerinin geliştirilmesi, gıda ambalajı alanında araştırmaların sıcak noktası haline geldi. Bu yazıda ana hammadde olarak doğal polisakkarit kullanılmıştır. HPMC ve HPS'nin birleştirilmesiyle ham madde maliyeti azaltılır, HPMC'nin düşük sıcaklıkta işleme performansı iyileştirilir ve kompozit membranın oksijen bariyeri performansı iyileştirilir. Reolojik analiz, iyot boyama optik mikroskop analizi ve kompozit film mikro yapısı ve kapsamlı performans analizinin birleşimi yoluyla, soğuk-sıcak ters fazlı jel kompozit sisteminin faz morfolojisi, faz geçişi, faz ayrımı ve uyumluluğu incelenmiştir. Kompozit sistemin mikroyapısı ile makroskobik özellikleri arasındaki ilişki kurulmuştur. HPMC/HPS kompozit sisteminin makroskopik özellikleri ile mikromorfolojik yapısı arasındaki ilişkiye göre, kompozit malzemenin kontrolü için kompozit sistemin faz yapısı ve uyumluluğu kontrol edilebilmektedir. The research in this paper has important guiding significance for the actual production process; Soğuk ve sıcak ters jellerin benzer bir kompozit sistemi olan soğuk ve sıcak ters kompozit jellerin oluşum mekanizması, etkileyen faktörler ve yasaları tartışılmaktadır. Bu makalenin araştırması, özel sıcaklık kontrollü akıllı malzemelerin geliştirilmesi ve uygulanması için teorik rehberlik sağlayacak teorik bir model sunmaktadır. The research results of this paper have good theoretical value. The research of this paper involves the intersection of food, material, gel and compounding and other disciplines. Zaman ve araştırma yöntemlerinin kısıtlılığı nedeniyle, bu konunun araştırılmasında halen pek çok tamamlanmamış nokta bulunmaktadır ve bunlar aşağıdaki yönlerden derinleştirilip geliştirilebilir. genişletmek:

Teorik yönler:

1. Farklı zincir dallanma oranlarının, moleküler ağırlıkların ve HPS çeşitlerinin reolojik özellikler, membran özellikleri, faz morfolojisi ve bileşik sisteminin uyumluluğu üzerindeki etkilerini araştırmak ve bileşiğin jel oluşum mekanizması üzerindeki etkisinin yasasını araştırmak sistem.
2. HPMC hidroksipropil ikame derecesi, metoksil ikame derecesi, moleküler ağırlık ve kaynağın bileşik sisteminin reolojik özellikleri, jel özellikleri, membran özellikleri ve sistem uyumluluğu üzerindeki etkilerini araştırın ve HPMC kimyasal modifikasyonunun bileşik yoğunlaşması üzerindeki etkisini analiz edin. Jel oluşum mekanizmasının etki kuralı.
3. Tuz, pH, plastikleştirici, çapraz bağlama maddesi, antibakteriyel madde ve diğer bileşik sistemlerinin reolojik özellikler, jel özellikleri, membran yapısı ve özellikleri üzerindeki etkisi ve bunların yasaları incelenmiştir.

Başvuru:

1. Baharat paketleri, sebze paketleri ve katı çorbaların ambalaj uygulamasına yönelik formülü optimize edin ve baharatların, sebzelerin ve çorbaların depolama süresi boyunca koruma etkisini, malzemelerin mekanik özelliklerini ve dış kuvvetlere maruz kaldığında ürün performansındaki değişiklikleri inceleyin. ve Malzemenin suda çözünürlüğü ve hijyenik indeksi. Ayrıca kahve ve sütlü çay gibi granül gıdaların yanı sıra kek, peynir, tatlı ve diğer gıdaların yenilebilir ambalajlarına da uygulanabilir.
2. Botanik şifalı bitki kapsüllerinin uygulanması için formül tasarımını optimize edin, işleme koşullarını ve yardımcı maddelerin optimal seçimini daha fazla inceleyin ve içi boş kapsül ürünleri hazırlayın. Ufalanabilirlik, parçalanma süresi, ağır metal içeriği ve mikrobiyal içerik gibi fiziksel ve kimyasal göstergeler test edildi.
3. Meyve ve sebzelerin, et ürünlerinin vb. taze muhafaza uygulaması için, püskürtme, daldırma ve boyama gibi farklı işleme yöntemlerine göre uygun formülü seçin ve çürük meyve oranını, nem kaybını, besin tüketimini, sertliği inceleyin. sebzelerin ambalajlandıktan sonra depolama süresi boyunca parlaklık, lezzet ve diğer göstergeleri; Paketleme sonrası et ürünlerinin rengi, pH'ı, TVB-N değeri, tiyobarbitürik asit ve mikroorganizma sayısı.