رئولوژی و سازگاری کمپلکس HPMC/HPS

رئولوژی و سازگاریHPMC/HPSمجتمع

کلید واژه ها: هیدروکسی پروپیل متیل سلولز;نشاسته هیدروکسی پروپیل؛خواص رئولوژیکی؛سازگاری؛اصلاح شیمیایی

هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) یک پلیمر پلی ساکارید است که معمولا در تهیه فیلم های خوراکی استفاده می شود.به طور گسترده ای در زمینه غذا و دارو استفاده می شود.این فیلم دارای شفافیت، خواص مکانیکی و خواص مانع روغن است.با این حال، HPMC یک ژل القایی حرارتی است که منجر به عملکرد ضعیف پردازش آن در دمای پایین و مصرف انرژی تولید بالا می شود.علاوه بر این، قیمت مواد خام گران آن، کاربرد گسترده آن از جمله در زمینه دارویی را محدود می کند.نشاسته هیدروکسی پروپیل (HPS) یک ماده خوراکی است که به طور گسترده در زمینه غذا و دارو استفاده می شود.دارای طیف گسترده ای از منابع و قیمت پایین است.این یک ماده ایده آل برای کاهش هزینه HPMC است.علاوه بر این، خواص ژل سرد HPS می تواند ویسکوزیته و سایر خواص رئولوژیکی HPMC را متعادل کند.، برای بهبود عملکرد پردازش آن در دمای پایین.علاوه بر این، فیلم خوراکی HPS دارای خواص مانع اکسیژن عالی است، بنابراین می تواند به طور قابل توجهی خواص مانع اکسیژن فیلم خوراکی HPMC را بهبود بخشد.

HPS برای ترکیب به HPMC اضافه شد و سیستم ترکیب ژل فاز معکوس HPMC/HPS سرد و گرم ساخته شد.قانون نفوذ خواص مورد بحث قرار گرفت، مکانیسم تعامل بین HPS و HPMC در محلول، سازگاری و انتقال فاز سیستم ترکیب مورد بحث قرار گرفت و رابطه بین خواص رئولوژیکی و ساختار سیستم ترکیب ایجاد شد.نتایج نشان می دهد که سیستم ترکیب دارای غلظت بحرانی (8٪) است، زیر غلظت بحرانی، HPMC و HPS در زنجیره های مولکولی مستقل و مناطق فاز وجود دارند.بالاتر از غلظت بحرانی، فاز HPS در محلول به عنوان مرکز ژل تشکیل می شود، ساختار میکروژل، که با درهم تنیدگی زنجیره های مولکولی HPMC به هم متصل می شود، رفتاری شبیه به مذاب پلیمری از خود نشان می دهد.خواص رئولوژیکی سیستم مرکب و نسبت ترکیب با قانون جمع لگاریتمی مطابقت دارد و درجه مشخصی از انحراف مثبت و منفی را نشان می دهد که نشان می دهد این دو جزء دارای سازگاری خوبی هستند.سیستم ترکیبی یک ساختار فاز پراکنده فاز پیوسته "دریا-جزیره" در دمای پایین است و انتقال فاز پیوسته در 4:6 با کاهش نسبت ترکیب HPMC/HPS رخ می دهد.

بسته بندی مواد غذایی به عنوان یکی از اجزای مهم کالاهای غذایی می تواند از آسیب و آلودگی مواد غذایی توسط عوامل خارجی در فرآیند گردش و نگهداری جلوگیری کند و در نتیجه ماندگاری و مدت نگهداری مواد غذایی را افزایش دهد.فیلم خوراکی به عنوان نوع جدیدی از مواد بسته بندی مواد غذایی که ایمن و خوراکی است و حتی دارای ارزش غذایی خاصی است، چشم انداز کاربرد گسترده ای در بسته بندی و نگهداری مواد غذایی، فست فود و کپسول های دارویی دارد و به کانون تحقیقاتی در مواد غذایی فعلی تبدیل شده است. زمینه های مرتبط با بسته بندی

غشای کامپوزیت HPMC/HPS به روش ریخته گری تهیه شد.سازگاری و جداسازی فاز سیستم کامپوزیت با میکروسکوپ الکترونی روبشی، تجزیه و تحلیل خواص ترمومکانیکی دینامیکی و تجزیه و تحلیل گرما وزنی بیشتر مورد بررسی قرار گرفت و خواص مکانیکی غشای کامپوزیت مورد مطالعه قرار گرفت.و نفوذپذیری اکسیژن و سایر خواص غشا.نتایج نشان می‌دهد که هیچ رابط دو فازی آشکاری در تصاویر SEM همه فیلم‌های کامپوزیت یافت نمی‌شود، تنها یک نقطه انتقال شیشه‌ای در نتایج DMA بیشتر فیلم‌های کامپوزیت وجود دارد، و تنها یک پیک تخریب حرارتی در منحنی‌های DTG ظاهر می‌شود. از اکثر فیلم های ترکیبیHPMC سازگاری خاصی با HPS دارد.افزودن HPS به HPMC به طور قابل توجهی خواص مانع اکسیژن غشای کامپوزیت را بهبود می بخشد.خواص مکانیکی غشای کامپوزیت با نسبت ترکیب و رطوبت نسبی محیط بسیار متفاوت است و یک نقطه متقاطع را ارائه می دهد که می تواند مرجعی برای بهینه سازی محصول برای نیازهای کاربردی مختلف باشد.

مورفولوژی میکروسکوپی، توزیع فاز، انتقال فاز و سایر ریزساختارهای سیستم ترکیبی HPMC/HPS با آنالیز میکروسکوپ نوری رنگرزی ساده با ید مورد مطالعه قرار گرفت و شفافیت و خواص مکانیکی سیستم ترکیب با اسپکتروفتومتر فرابنفش و تستر خواص مکانیکی مورد مطالعه قرار گرفت.رابطه بین ساختار مورفولوژیکی میکروسکوپی و عملکرد جامع ماکروسکوپی سیستم ترکیبی HPMC/HPS ایجاد شد.نتایج نشان می دهد که تعداد زیادی مزوفاز در سیستم ترکیبی وجود دارد که سازگاری خوبی دارد.یک نقطه گذار فاز در سیستم ترکیبی وجود دارد و این نقطه انتقال فاز دارای نسبت ترکیب معین و وابستگی به غلظت محلول است.پایین ترین نقطه شفافیت سیستم ترکیبی با نقطه انتقال فاز HPMC از فاز پیوسته به فاز پراکنده و حداقل نقطه مدول کششی مطابقت دارد.مدول یانگ و ازدیاد طول در هنگام شکست با افزایش غلظت محلول کاهش یافت که یک رابطه علی با انتقال HPMC از فاز پیوسته به فاز پراکنده داشت.

یک رئومتر برای مطالعه اثر اصلاح شیمیایی HPS بر روی خواص رئولوژیکی و خواص ژل سیستم ترکیبی ژل فاز معکوس سرد و گرم HPMC/HPS استفاده شد.ظرفیت ها و انتقال فاز مورد مطالعه قرار گرفت و رابطه بین ریزساختار و خواص رئولوژیکی و ژل ایجاد شد.نتایج تحقیق نشان می‌دهد که هیدروکسی پروپیلاسیون HPS می‌تواند ویسکوزیته سیستم ترکیب را در دمای پایین کاهش دهد، سیالیت محلول ترکیب را بهبود بخشد و پدیده نازک شدن برشی را کاهش دهد.هیدروکسی پروپیلاسیون HPS می تواند ویسکوزیته خطی سیستم ترکیب را کاهش دهد.در ناحیه الاستیک، دمای انتقال فاز سیستم ترکیبی HPMC/HPS کاهش می‌یابد و رفتار جامد مانند سیستم ترکیب در دمای پایین و سیالیت در دمای بالا بهبود می‌یابد.HPMC و HPS به ترتیب فازهای پیوسته را در دماهای پایین و بالا تشکیل می دهند و به عنوان فازهای پراکنده، خواص رئولوژیکی و خواص ژل سیستم کامپوزیت را در دماهای بالا و پایین تعیین می کنند.هر دو تغییر ناگهانی در منحنی ویسکوزیته سیستم مرکب و اوج دلتای قهوهای مایل به زرد در منحنی ضریب تلفات در 45 درجه سانتیگراد ظاهر می‌شوند، که بازتاب پدیده فاز پیوسته مشاهده شده در میکروگراف‌های رنگ‌آمیزی با ید در دمای 45 درجه سانتیگراد است.

تأثیر اصلاح شیمیایی HPS بر ساختار کریستالی و ساختار ریز تقسیمی فیلم کامپوزیت با استفاده از فناوری پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک تابش سنکروترون مورد مطالعه قرار گرفت و خواص مکانیکی، خواص مانع اکسیژن و پایداری حرارتی فیلم کامپوزیت بررسی شد. به طور سیستماتیک تأثیر تغییرات ساختار شیمیایی اجزای ترکیب را بر روی ریزساختار و خواص ماکروسکوپی سیستم های ترکیبی مورد مطالعه قرار داد.نتایج تابش سنکروترون نشان داد که هیدروکسی پروپیلاسیون HPS و بهبود سازگاری دو جزء می تواند به طور قابل توجهی از تبلور مجدد نشاسته در غشاء جلوگیری کرده و باعث تشکیل ساختار خود مشابه در غشای کامپوزیت شود.خواص ماکروسکوپی مانند خواص مکانیکی، پایداری حرارتی و نفوذپذیری اکسیژن غشای کامپوزیت HPMC/HPS ارتباط نزدیکی با ساختار کریستالی داخلی و ساختار ناحیه آمورف آن دارد.اثر ترکیبی دو اثر.

فصل اول مقدمه

به عنوان یکی از اجزای مهم کالاهای غذایی، مواد بسته بندی مواد غذایی می توانند از مواد غذایی در برابر آسیب های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی و آلودگی در طول گردش و ذخیره سازی محافظت کنند، کیفیت خود را حفظ کنند، مصرف غذا را تسهیل کنند و غذا را تضمین کنند.ذخیره سازی و نگهداری طولانی مدت و ظاهری به غذا برای جذب مصرف و به دست آوردن ارزشی فراتر از هزینه مواد [1-4].فیلم خوراکی به عنوان نوع جدیدی از مواد بسته بندی مواد غذایی که ایمن و خوراکی است و حتی دارای ارزش غذایی خاصی است، چشم انداز کاربرد گسترده ای در بسته بندی و نگهداری مواد غذایی، فست فود و کپسول های دارویی دارد و به کانون تحقیقاتی در مواد غذایی فعلی تبدیل شده است. زمینه های مرتبط با بسته بندی

فیلم های خوراکی فیلم هایی با ساختار شبکه ای متخلخل هستند که معمولاً از پردازش پلیمرهای خوراکی طبیعی به دست می آیند.بسیاری از پلیمرهای طبیعی موجود در طبیعت دارای خواص ژل هستند و محلول های آبی آنها می تواند تحت شرایط خاصی مانند برخی از پلی ساکاریدهای طبیعی، پروتئین ها، لیپیدها و غیره هیدروژل تشکیل دهد.پلی ساکاریدهای ساختاری طبیعی مانند نشاسته و سلولز، به دلیل ساختار مولکولی ویژه مارپیچ با زنجیره بلند و خواص شیمیایی پایدار، می توانند برای محیط های نگهداری طولانی مدت و مختلف مناسب باشند و به عنوان مواد تشکیل دهنده فیلم خوراکی به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند.فیلم های خوراکی ساخته شده از یک پلی ساکارید منفرد اغلب دارای محدودیت های خاصی در عملکرد هستند.بنابراین، به منظور از بین بردن محدودیت‌های فیلم‌های خوراکی پلی‌ساکاریدی، کسب خواص ویژه یا توسعه عملکردهای جدید، کاهش قیمت محصول و گسترش کاربرد آن‌ها، معمولاً از دو نوع پلی‌ساکارید استفاده می‌شود.یا پلی ساکاریدهای طبیعی فوق برای دستیابی به اثر خواص مکمل ترکیب می شوند.با این حال، به دلیل تفاوت در ساختار مولکولی بین پلیمرهای مختلف، آنتروپی ساختاری خاصی وجود دارد و اکثر کمپلکس‌های پلیمری تا حدی سازگار یا ناسازگار هستند.مورفولوژی فاز و سازگاری کمپلکس پلیمری خواص مواد کامپوزیت را تعیین می کند.تاریخچه تغییر شکل و جریان در طول پردازش تأثیر قابل توجهی بر سازه دارد.بنابراین، خواص ماکروسکوپی مانند خواص رئولوژیکی سیستم پیچیده پلیمری مورد مطالعه قرار می‌گیرد.رابطه متقابل بین ساختارهای مورفولوژیکی میکروسکوپی مانند مورفولوژی فاز و سازگاری برای تنظیم عملکرد، تجزیه و تحلیل و اصلاح مواد کامپوزیت، فناوری پردازش، هدایت طراحی فرمول و طراحی ماشین‌آلات پردازش و ارزیابی تولید مهم است.عملکرد پردازش محصول و توسعه و کاربرد مواد پلیمری جدید از اهمیت زیادی برخوردار است.

در این فصل، وضعیت تحقیق و پیشرفت کاربرد مواد فیلم خوراکی به طور مفصل بررسی می‌شود.وضعیت تحقیق هیدروژل های طبیعی؛هدف و روش ترکیب پلیمری و پیشرفت تحقیقات ترکیب پلی ساکاریدی؛روش تحقیق رئولوژیکی سیستم ترکیبی؛خواص رئولوژیکی و ساخت مدل سیستم ژل معکوس سرد و گرم و همچنین اهمیت تحقیق، هدف تحقیق و تحقیق محتوای این مقاله مورد تجزیه و تحلیل و بحث قرار گرفته است.

1.1 فیلم خوراکی

فیلم خوراکی به افزودن نرم کننده ها و عوامل اتصال متقابل بر اساس مواد خوراکی طبیعی (مانند پلی ساکاریدهای ساختاری، لیپیدها، پروتئین ها)، از طریق فعل و انفعالات بین مولکولی مختلف، از طریق ترکیب، حرارت، پوشش، خشک کردن و غیره اشاره دارد. فیلم با شبکه متخلخل. ساختار تشکیل شده توسط درماناین می تواند عملکردهای مختلفی مانند خواص بازدارنده قابل انتخاب در برابر گاز، رطوبت، محتویات و مواد مضر خارجی را ارائه دهد تا کیفیت حسی و ساختار داخلی غذا را بهبود بخشد و دوره نگهداری یا ماندگاری محصولات غذایی را طولانی تر کند.

1.1.1 تاریخچه توسعه فیلم های خوراکی

توسعه فیلم خوراکی را می توان به قرن 12 و 13 ردیابی کرد.در آن زمان چینی ها از روش ساده ای برای اپیلاسیون برای پوشش مرکبات و لیمو استفاده می کردند که به طور موثری از دست دادن آب در میوه ها و سبزیجات را کاهش می داد، به طوری که میوه ها و سبزیجات درخشش اولیه خود را حفظ می کردند و در نتیجه ماندگاری میوه ها را طولانی تر می کردند. سبزیجات، اما بیش از حد تنفس هوازی میوه ها و سبزیجات را مهار می کند، که منجر به تخریب تخمیر میوه می شود.در قرن پانزدهم، آسیایی ها شروع به ساختن فیلم خوراکی از شیر سویا کرده بودند و از آن برای محافظت از غذا و افزایش ظاهر غذا استفاده می کردند [20].در قرن شانزدهم، بریتانیایی ها از چربی برای پوشاندن سطوح غذا استفاده می کردند تا رطوبت غذا را کاهش دهند.در قرن نوزدهم، ساکارز برای اولین بار به عنوان یک پوشش خوراکی روی آجیل، بادام و فندق برای جلوگیری از اکسید شدن و ترشیدگی در طول نگهداری استفاده شد.در دهه 1830، فیلم های تجاری پارافین ذوب داغ برای میوه هایی مانند سیب و گلابی ظاهر شد.در پایان قرن نوزدهم، لایه‌های ژلاتینی روی سطح فرآورده‌های گوشتی و سایر مواد غذایی برای نگهداری مواد غذایی اسپری می‌شوند.در اوایل دهه 1950، موم کارناوبا و غیره به صورت امولسیون روغن در آب برای پوشش و نگهداری میوه ها و سبزیجات تازه ساخته شده بود.در اواخر دهه 1950، تحقیقات بر روی لایه‌های خوراکی به کار رفته در محصولات گوشتی شروع به توسعه کرد و گسترده‌ترین و موفق‌ترین نمونه آن، محصولات تنقیه است که از روده کوچک حیوانات به بدنه تبدیل شده است.

از دهه 1950 می توان گفت که مفهوم فیلم خوراکی فقط واقعاً مطرح شده است.از آن زمان، بسیاری از محققان علاقه زیادی به فیلم های خوراکی پیدا کردند.در سال 1991، Nisperes از کربوکسی متیل سلولز (CMC) برای پوشش و نگهداری موز و سایر میوه ها استفاده کرد، تنفس میوه کاهش یافت و از دست دادن کلروفیل به تاخیر افتاد.پارک و همکاراندر سال 1994 خواص بازدارنده موثر فیلم پروتئین زئین در برابر O2 و CO2 را گزارش کرد که باعث بهبود از دست دادن آب، پژمردگی و تغییر رنگ گوجه فرنگی شد.در سال 1995، لوردین از محلول قلیایی رقیق برای درمان نشاسته استفاده کرد و گلیسیرین را برای طراوت به توت فرنگی ها اضافه کرد که باعث کاهش سرعت از دست دادن آب توت فرنگی و تاخیر در فساد آن شد.بابرجی خواص فیلم خوراکی را در سال 1996 با میکرولیکیفیکاسیون و درمان اولتراسونیک مایع تشکیل دهنده فیلم بهبود بخشید، بنابراین اندازه ذرات مایع تشکیل دهنده فیلم به طور قابل توجهی کاهش یافت و پایداری همگن امولسیون بهبود یافت.در سال 1998، Padegett و همکاران.لیزوزیم یا نایسین را به فیلم خوراکی پروتئین سویا اضافه کرد و از آن برای بسته بندی غذا استفاده کرد و دریافت که رشد باکتری های اسید لاکتیک در غذا به طور موثری مهار می شود [30].در سال 1999، یین چینگونگ و همکاران.از موم زنبور عسل برای ساخت ماده پوشش دهنده فیلم برای نگهداری و نگهداری سیب و سایر میوه ها استفاده کرد که می تواند تنفس را مهار کند، از چروکیدگی و کاهش وزن جلوگیری کند و از تهاجم میکروبی جلوگیری کند.

برای سال‌ها، لیوان‌های پخت ذرت برای بسته‌بندی بستنی، کاغذ برنج چسبناک برای بسته‌بندی آب نبات و پوست‌های توفو برای غذاهای گوشتی، بسته‌بندی‌های خوراکی معمولی هستند.اما کاربردهای تجاری فیلم های خوراکی در سال 1967 عملاً وجود نداشت و حتی نگهداری میوه با روکش موم کاربرد تجاری بسیار محدودی داشت.تا سال 1986، چند شرکت شروع به ارائه محصولات فیلم خوراکی کردند و تا سال 1996 تعداد شرکت های تولید فیلم خوراکی به بیش از 600 شرکت رسید. در حال حاضر، کاربرد فیلم خوراکی در نگهداری بسته بندی مواد غذایی رو به افزایش است و به نتیجه رسیده است. درآمد سالانه بیش از 100 میلیون دلار آمریکا.

1.1.2 ویژگی ها و انواع فیلم های خوراکی

طبق تحقیقات مربوطه، فیلم خوراکی دارای مزایای برجسته زیر است: فیلم خوراکی می تواند از کاهش و بدتر شدن کیفیت غذا ناشی از مهاجرت متقابل مواد غذایی مختلف جلوگیری کند.برخی از اجزای فیلم خوراکی خود دارای ارزش غذایی ویژه و عملکرد مراقبت بهداشتی هستند.فیلم خوراکی دارای خواص مانع اختیاری در برابر CO2، O2 و سایر گازها است.فیلم خوراکی را می توان برای مایکروویو، پخت، غذای سرخ شده و فیلم دارویی و پوشش استفاده کرد.فیلم خوراکی را می توان به عنوان آنتی اکسیدان و نگهدارنده و سایر حامل ها استفاده کرد و در نتیجه ماندگاری مواد غذایی را افزایش داد.فیلم خوراکی را می توان به عنوان حامل رنگ ها و تقویت کننده های تغذیه ای و غیره برای بهبود کیفیت غذا و بهبود خواص حسی غذا استفاده کرد.فیلم خوراکی بی خطر و خوراکی است و می تواند همراه با غذا مصرف شود.فیلم‌های بسته‌بندی خوراکی را می‌توان برای بسته‌بندی مقادیر کم یا واحدهای مواد غذایی استفاده کرد و بسته‌بندی کامپوزیت چند لایه را با مواد بسته‌بندی سنتی تشکیل داد که عملکرد کلی مانع از مواد بسته‌بندی را بهبود می‌بخشد.

دلیل اینکه فیلم‌های بسته‌بندی خوراکی دارای ویژگی‌های عملکردی فوق هستند، عمدتاً مبتنی بر تشکیل یک ساختار شبکه سه‌بعدی خاص در داخل آن‌ها است که در نتیجه خاصیت مقاومت و مانع خاصی را نشان می‌دهد.خواص عملکردی فیلم بسته بندی خوراکی به طور قابل توجهی تحت تأثیر خواص اجزای آن است و درجه اتصال عرضی پلیمری داخلی، یکنواختی و چگالی ساختار شبکه نیز تحت تأثیر فرآیندهای مختلف تشکیل فیلم قرار می گیرد.تفاوت های آشکاری در عملکرد وجود دارد [15، 35].فیلم های خوراکی همچنین دارای برخی خواص دیگر مانند حلالیت، رنگ، شفافیت و غیره هستند. مواد بسته بندی فیلم خوراکی مناسب را می توان با توجه به محیط های مختلف استفاده و تفاوت در اشیاء محصول بسته بندی انتخاب کرد.

با توجه به روش تشکیل فیلم خوراکی، می توان آن را به فیلم ها و پوشش ها تقسیم کرد: (1) فیلم های مستقل از قبل آماده شده معمولاً فیلم نامیده می شوند.(2) لایه نازکی که بر روی سطح غذا به وسیله پوشش دادن، غوطه وری و پاشش ایجاد می شود، پوشش نامیده می شود.فیلم‌ها عمدتاً برای غذاهایی با مواد مختلف که نیاز به بسته‌بندی جداگانه دارند (مانند بسته‌های چاشنی و بسته‌های روغن در غذاهای راحت)، غذاهایی با مواد یکسان اما باید جداگانه بسته‌بندی شوند (مانند بسته‌های کوچک قهوه، شیر خشک، و غیره) و داروها یا محصولات مراقبت بهداشتی.مواد کپسول؛پوشش عمدتاً برای نگهداری مواد غذایی تازه مانند میوه ها و سبزیجات، محصولات گوشتی، پوشش داروها و مونتاژ میکروکپسول های با رهش کنترل شده استفاده می شود.

با توجه به مواد تشکیل دهنده فیلم فیلم بسته بندی خوراکی، می توان آن را به: فیلم خوراکی پلی ساکارید، فیلم خوراکی پروتئینی، فیلم خوراکی لیپیدی، فیلم خوراکی میکروبی و فیلم خوراکی کامپوزیت تقسیم کرد.

1.1.3 کاربرد فیلم خوراکی

به عنوان یک نوع جدید از مواد بسته بندی مواد غذایی که ایمن و خوراکی است و حتی دارای ارزش غذایی خاصی است، فیلم خوراکی به طور گسترده در صنعت بسته بندی مواد غذایی، زمینه دارویی، نگهداری و نگهداری میوه ها و سبزیجات، پردازش و نگهداری استفاده می شود. گوشت و آبزیان، تولید فست فود و تولید روغن.چشم انداز کاربرد گسترده ای در نگهداری مواد غذایی مانند آب نبات های پخته سرخ شده دارد.

1.1.3.1 کاربرد در بسته بندی مواد غذایی

محلول تشکیل دهنده فیلم روی مواد غذایی بسته بندی شده با اسپری کردن، برس زدن، غوطه وری و غیره پوشانده می شود تا از نفوذ رطوبت، اکسیژن و مواد معطر جلوگیری شود که می تواند به طور موثری از بین رفتن بسته بندی را کاهش دهد و تعداد لایه های بسته بندی را کاهش دهد. ;کاهش قابل توجه لایه بیرونی مواد غذایی پیچیدگی اجزای بسته بندی پلاستیکی، بازیافت و پردازش آن را تسهیل می کند و آلودگی محیط زیست را کاهش می دهد.برای کاهش مهاجرت متقابل بین اجزای مختلف و در نتیجه کاهش آلودگی محیط زیست، در بسته بندی جداگانه برخی از اجزای غذاهای پیچیده چند جزئی اعمال می شود.کاهش فساد غذا یا کاهش کیفیت غذا.فیلم خوراکی به طور مستقیم به کاغذ بسته بندی یا کیسه های بسته بندی برای بسته بندی مواد غذایی پردازش می شود که نه تنها ایمنی، تمیزی و راحتی را به دست می آورد، بلکه فشار آلودگی سفید را بر محیط زیست کاهش می دهد.

با استفاده از ذرت، سویا و گندم به عنوان مواد اولیه اصلی، می توان فیلم های غلات کاغذ مانند را تهیه کرد و برای بسته بندی سوسیس و کالباس و سایر مواد غذایی استفاده کرد.پس از استفاده، حتی اگر در محیط طبیعی دور ریخته شوند، زیست تخریب پذیر هستند و می توان آنها را به کود خاک برای بهبود خاک تبدیل کرد..با استفاده از نشاسته، کیتوزان و ته ته لوبیا به عنوان مواد اصلی، می توان کاغذ بسته بندی خوراکی را برای بسته بندی فست فود مانند نودل فست فود و سیب زمینی سرخ کرده تهیه کرد که راحت، ایمن و بسیار پرطرفدار است.برای بسته بندی چاشنی، سوپ جامد استفاده می شود بسته بندی غذاهای راحت مانند مواد خام، که در صورت استفاده می توان مستقیماً در قابلمه پخت، می تواند از آلودگی مواد غذایی جلوگیری کند، تغذیه غذا را افزایش دهد و نظافت را تسهیل کند.آووکادوی خشک، سیب زمینی و برنج شکسته تخمیر شده و به پلی ساکارید تبدیل می شوند که می توان از آنها برای تهیه مواد خوراکی جدید بسته بندی داخلی استفاده کرد که بی رنگ و شفاف هستند، دارای خواص بازدارندگی اکسیژن و خواص مکانیکی خوب هستند و برای بسته بندی شیر خشک استفاده می شوند. ، روغن سالاد و سایر محصولات [19].برای غذای نظامی، پس از استفاده از محصول، مواد بسته بندی پلاستیکی سنتی در محیط دور ریخته می شود و به نشانگری برای ردیابی دشمن تبدیل می شود که به راحتی محل اختفا را آشکار می کند.در غذاهای خاص چند جزئی مانند پیتزا، شیرینی، سس کچاپ، بستنی، ماست، کیک و دسر، مواد بسته بندی پلاستیکی را نمی توان مستقیماً برای استفاده اضافه کرد و فیلم بسته بندی خوراکی مزایای منحصر به فرد خود را نشان می دهد که می تواند تعداد گروه های کسری را کاهش دهد. مهاجرت مواد طعم دهنده کیفیت و زیبایی محصول را بهبود می بخشد [21].فیلم بسته بندی خوراکی را می توان در پردازش مواد غذایی مایکروویو سیستم خمیر استفاده کرد.فرآورده های گوشتی، سبزیجات، پنیر و میوه ها با اسپری، غوطه ور کردن یا مسواک زدن و غیره از قبل بسته بندی شده، منجمد و نگهداری می شوند و فقط برای مصرف باید در مایکروویو قرار داده شوند.

اگرچه کاغذها و کیسه‌های بسته‌بندی خوراکی تجاری کمی در دسترس هستند، اما پتنت‌های زیادی در مورد فرمولاسیون و کاربرد مواد بسته‌بندی خوراکی بالقوه به ثبت رسیده است.مقامات نظارتی مواد غذایی فرانسه یک کیسه بسته بندی خوراکی صنعتی به نام "SOLUPAN" را تایید کرده اند که از هیدروکسی پروپیل متیل سلولز، نشاسته و سدیم سوربات تشکیل شده است و به صورت تجاری در دسترس است.

1.1.3.2 کاربرد در پزشکی

ژلاتین، مشتقات سلولز، نشاسته و صمغ خوراکی را می توان برای تهیه پوسته های کپسول نرم و سخت داروها و محصولات بهداشتی استفاده کرد که می تواند به طور موثری از کارایی داروها و محصولات بهداشتی اطمینان حاصل کند و ایمن و خوراکی باشد.برخی از داروها طعم تلخ ذاتی دارند که استفاده از آن برای بیماران دشوار است.فیلم های خوراکی پذیرفته شده را می توان به عنوان پوشش های پوشاننده طعم برای چنین داروهایی استفاده کرد.برخی از پلیمرهای پلیمری روده ای در محیط معده (pH 1.2) حل نمی شوند، اما در محیط روده (pH 6.8) محلول هستند و می توانند در پوشش دارویی با رهش پایدار روده استفاده شوند.همچنین می تواند به عنوان یک حامل برای داروهای هدفمند استفاده شود.

بلانکو فرناندز و همکارانیک فیلم کامپوزیت مونوگلیسرید استیله کیتوزان تهیه کرد و از آن برای آزادسازی پایدار فعالیت آنتی اکسیدانی ویتامین E استفاده کرد و تأثیر آن قابل توجه بود.مواد بسته بندی آنتی اکسیدانی طولانی مدت.ژانگ و همکاراننشاسته را با ژلاتین مخلوط کرده، نرم کننده پلی اتیلن گلیکول را اضافه کرده و به صورت سنتی استفاده می شود.کپسول های سخت توخالی با فرآیند غوطه وری فیلم کامپوزیت تهیه شدند و شفافیت، خواص مکانیکی، خواص آب دوست و مورفولوژی فاز فیلم کامپوزیت مورد مطالعه قرار گرفتند.مواد کپسول خوب [52].لال و همکارانکافرین را به یک پوشش خوراکی برای پوشش روده کپسول های پاراستامول تبدیل کرد و خواص مکانیکی، خواص حرارتی، خواص مانع و خواص رهاسازی داروی فیلم خوراکی را مورد مطالعه قرار داد.نتایج نشان داد که پوشش سورگوم کپسول های سخت مختلف فیلم گلیادین در معده شکسته نشده است، اما دارو را با pH 6.8 در روده آزاد می کند.پیک و همکارانذرات HPMC فتالات پوشش داده شده با ایندومتاسین را تهیه کرد و مایع سازنده فیلم خوراکی HPMC را روی سطح ذرات دارو اسپری کرد و سرعت گیر افتادن دارو، متوسط ​​اندازه ذرات دارو، فیلم خوراکی را بررسی کرد که نتایج نشان داد که پوشش دهی شده با HPMCN داروی خوراکی ایندومتاسین می تواند به هدف پوشاندن طعم تلخ دارو و هدف قرار دادن دارورسانی دست یابد.اولادزادعباس آبادی و همکاران.مخلوط نشاسته ساگو اصلاح شده با کاراگینان برای تهیه یک فیلم کامپوزیتی خوراکی به عنوان جایگزین کپسول های ژلاتین سنتی و بررسی سینتیک خشک شدن، خواص ترمومکانیکی، خواص فیزیکوشیمیایی و خواص بازدارنده آن، نتایج نشان می دهد که فیلم خوراکی کامپوزیت دارای خواص مشابه با ژلاتین است و می تواند در تولید کپسول های دارویی استفاده شود.

1.1.3.3 کاربرد در نگهداری میوه و سبزیجات

در میوه‌ها و سبزیجات تازه پس از چیدن، واکنش‌های بیوشیمیایی و تنفس همچنان به شدت ادامه دارد که باعث تسریع آسیب بافتی میوه‌ها و سبزیجات می‌شود و به راحتی می‌توان رطوبت میوه‌ها و سبزیجات را در دمای اتاق از دست داد و در نتیجه کیفیت بافت های داخلی و ویژگی های حسی میوه ها و سبزیجات.کاهش می یابد.بنابراین، حفظ و نگهداری به مهم ترین موضوع در نگهداری و حمل و نقل میوه ها و سبزیجات تبدیل شده است.روشهای سنتی نگهداری اثر نگهداری ضعیف و هزینه بالایی دارند.حفظ پوششی میوه ها و سبزیجات در حال حاضر موثرترین روش در نگهداری در دمای اتاق است.مایع تشکیل دهنده فیلم خوراکی بر روی سطح میوه ها و سبزیجات پوشانده شده است که می تواند به طور موثری از تهاجم میکروارگانیسم ها جلوگیری کند، تنفس، از دست دادن آب و از دست دادن مواد مغذی بافت میوه و سبزیجات را کاهش دهد، پیری فیزیولوژیکی بافت میوه و سبزیجات را به تاخیر بیندازد. و بافت میوه و سبزیجات را چاق و صاف نگه دارید.ظاهری براق، به گونه ای که به هدف حفظ تازگی و طولانی شدن دوره نگهداری دست می یابد.آمریکایی ها از استیل مونوگلیسرید و پنیر استخراج شده از روغن نباتی به عنوان مواد خام اصلی برای تهیه فیلم خوراکی استفاده می کنند و از آن برای برش میوه ها و سبزیجات برای تازه نگه داشتن، جلوگیری از کم آبی، قهوه ای شدن و هجوم میکروارگانیسم ها استفاده می کنند تا بتوان آن را برای مدت طولانی نگهداری کرد. مدت زمان طولانی.حالت تازه.ژاپن از ابریشم ضایعاتی به عنوان ماده خام برای تهیه فیلم تازه نگه داری سیب زمینی استفاده می کند که می تواند اثر تازه داری مشابه با ذخیره سازی سرد داشته باشد.آمریکایی ها از روغن نباتی و میوه به عنوان مواد خام اصلی برای ساخت مایع پوششی استفاده می کنند و میوه های بریده شده را تازه نگه می دارند و دریافتند که اثر نگهداری خوب است.

مارکز و همکاراناز پروتئین آب پنیر و پکتین به عنوان مواد خام و افزودن گلوتامیناز برای اتصال متقابل برای تهیه یک فیلم خوراکی کامپوزیتی استفاده شد که برای پوشش دادن سیب، گوجه‌فرنگی و هویج تازه بریده شده استفاده شد که می‌تواند به میزان قابل توجهی میزان کاهش وزن را کاهش دهد.از رشد میکروارگانیسم ها در سطح میوه ها و سبزیجات تازه برش زده شده جلوگیری می کند و با فرض حفظ طعم و طعم میوه ها و سبزیجات تازه برش داده شده، ماندگاری را افزایش می دهد.شی لی و همکارانانگورهای گلوب قرمز پوشیده شده با لایه خوراکی کیتوزان، که می تواند کاهش وزن و سرعت پوسیدگی انگور را کاهش دهد، رنگ و درخشندگی انگور را حفظ کرده و تجزیه مواد جامد محلول را به تاخیر می اندازد.لیو و همکاران با استفاده از کیتوزان، سدیم آلژینات، سدیم کربوکسی متیل سلولز و پلی آکریلات به عنوان مواد خام.فیلم های خوراکی با پوشش چندلایه برای تازه نگه داری میوه ها و سبزیجات تهیه و مورفولوژی، حلالیت در آب و غیره آنها را مورد مطالعه قرار داد.سان چینگشن و همکارانفیلم کامپوزیت ایزوله پروتئین سویا را مورد مطالعه قرار داد که برای نگهداری توت فرنگی استفاده می شود که می تواند تعرق توت فرنگی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، تنفس آنها را مهار کند و میزان میوه های فاسد را کاهش دهد.فریرا و همکاراناز پودر باقیمانده میوه و سبزیجات و پودر پوست سیب زمینی برای تهیه فیلم خوراکی کامپوزیتی استفاده کرد، حلالیت آب و خواص مکانیکی فیلم کامپوزیت را مطالعه کرد و از روش پوشش دهی برای حفظ زالزالک استفاده کرد.نتایج نشان داد که ماندگاری زالزالک طولانی‌تر است.50 درصد، میزان کاهش وزن 30 تا 57 درصد کاهش یافت و اسید آلی و رطوبت تغییر معنی داری نداشتند.فو شیاووی و همکاراننگهداری فلفل تازه توسط فیلم خوراکی کیتوزان را بررسی کرد و نتایج نشان داد که می تواند شدت تنفس فلفل تازه را در زمان نگهداری به میزان قابل توجهی کاهش داده و پیری فلفل را به تاخیر بیندازد.ناوارو تارازاگا و همکاران.از فیلم خوراکی HPMC اصلاح شده با موم زنبور عسل برای نگهداری آلو استفاده کرد.نتایج نشان داد که موم زنبور عسل می تواند خواص مانع اکسیژن و رطوبت و خواص مکانیکی فیلم های HPMC را بهبود بخشد.سرعت کاهش وزن آلو به میزان قابل توجهی کاهش یافت، نرم شدن و خونریزی میوه در حین نگهداری بهبود یافت و دوره نگهداری آلو طولانی شد.تانگ لیینگ و همکاراناز محلول قلیایی شلاک در اصلاح نشاسته استفاده کرد، فیلم بسته بندی خوراکی تهیه کرد و خواص فیلم آن را مطالعه کرد.در عین حال، استفاده از مایع تشکیل دهنده فیلم آن برای پوشاندن انبه برای طراوت می تواند به طور موثر تنفس را کاهش دهد و می تواند از پدیده قهوه ای شدن در حین نگهداری جلوگیری کند، سرعت کاهش وزن را کاهش دهد و دوره نگهداری را طولانی کند.

1.1.3.4 کاربرد در فرآوری و نگهداری فرآورده های گوشتی

فرآورده های گوشتی با مواد مغذی غنی و فعالیت آب بالا به راحتی توسط میکروارگانیسم ها در فرآیند پردازش، حمل و نقل، ذخیره سازی و مصرف مورد هجوم قرار می گیرند و در نتیجه باعث تیره شدن رنگ و اکسیداسیون چربی و سایر فسادها می شوند.برای طولانی‌تر شدن مدت نگهداری و ماندگاری فرآورده‌های گوشتی، باید سعی شود از فعالیت آنزیم‌های موجود در فرآورده‌های گوشتی و هجوم میکروارگانیسم‌ها به سطح آن جلوگیری شود و از بدتر شدن رنگ و بوی ناشی از اکسیداسیون چربی جلوگیری شود.در حال حاضر نگهداری فیلم خوراکی یکی از روش‌های رایج در نگهداری گوشت در داخل و خارج از کشور است.با مقایسه آن با روش سنتی، مشخص شد که هجوم میکروارگانیسم‌های خارجی، ترشیدگی اکسیداتیو چربی و از دست دادن آب میوه در محصولات گوشتی بسته‌بندی شده در فیلم خوراکی به طور قابل توجهی بهبود یافته است و کیفیت محصولات گوشتی به طور قابل توجهی بهبود یافته است.زمان ماندگاری افزایش یافته است.

تحقیقات بر روی فیلم خوراکی محصولات گوشتی در اواخر دهه 1950 آغاز شد و موفق ترین مورد کاربرد فیلم خوراکی کلاژن بود که به طور گسترده در تولید و فرآوری سوسیس استفاده می شد.امیراوغلو و همکارانروغن کنجد را به فیلم خوراکی پروتئین سویا اضافه کرد تا فیلم ضد باکتریایی بسازد و اثر ضد باکتریایی آن را روی گوشت گاو منجمد مطالعه کرد.نتایج نشان داد که فیلم ضد باکتری می تواند به طور قابل توجهی از تولید مثل و رشد استافیلوکوکوس اورئوس جلوگیری کند.ووک و همکارانیک فیلم خوراکی پروآنتوسیانیدین تهیه کرد و از آن برای پوشاندن گوشت خوک در یخچال برای تازگی استفاده کرد.رنگ، pH، مقدار TVB-N، اسید تیوباربیتوریک و تعداد میکروبی گوشت خوک پس از نگهداری به مدت 14 روز مورد مطالعه قرار گرفت.نتایج نشان داد که فیلم خوراکی پروآنتوسیانیدین ها می تواند به طور موثری تشکیل اسید تیوباربیتوریک را کاهش دهد، از فساد اسیدهای چرب جلوگیری کند، تهاجم و تکثیر میکروارگانیسم ها را بر روی سطح فرآورده های گوشتی کاهش دهد، کیفیت فرآورده های گوشتی را بهبود بخشد و دوره نگهداری را طولانی تر کند. ماندگاری .جیانگ شائوتونگ و همکارانپلی فنول های چای و آلیسین را به محلول غشایی کامپوزیت نشاسته- آلژینات سدیم اضافه کرد و از آنها برای حفظ تازگی گوشت خوک سرد شده استفاده کرد که می توان آن را در دمای 0-4 درجه سانتیگراد برای بیش از 19 روز نگهداری کرد.کارتاژنا و همکارانگزارش اثر ضد باکتریایی فیلم خوراکی کلاژن اضافه شده با عامل ضد میکروبی نایسین بر حفظ برش‌های گوشت خوک، نشان می‌دهد که فیلم خوراکی کلاژن می‌تواند مهاجرت رطوبت برش‌های گوشت خوک در یخچال را کاهش دهد، ترشی بودن فرآورده‌های گوشتی را به تأخیر اندازد و فیلم کلاژن را با % اضافه کند. نیسین بهترین اثر نگهداری را داشت.وانگ روی و همکارانتغییرات آلژینات سدیم، کیتوزان و فیبر کربوکسی متیل را با تجزیه و تحلیل مقایسه‌ای pH، نیتروژن پایه فرار، قرمزی و تعداد کل کلنی‌های گوشت گاو در 16 روز پس از نگهداری بررسی کرد.از سه نوع فیلم خوراکی ویتامین سدیم برای حفظ طراوت گوشت گاو سرد شده استفاده شد.نتایج نشان داد که فیلم خوراکی آلژینات سدیم اثری ایده آل در حفظ تازگی دارد.کاپریولی و همکارانسینه بوقلمون پخته شده را با یک فیلم خوراکی کازئینات سدیم بپیچید و سپس در یخچال در دمای 4 درجه سانتیگراد قرار دهید.مطالعات نشان داده‌اند که فیلم خوراکی کازئینات سدیم می‌تواند سرعت گوشت بوقلمون را در طول یخچال کند کند.از تباهی .

1.1.3.5 کاربرد در نگهداری محصولات آبزی

کاهش کیفیت محصولات آبزی عمدتاً در کاهش رطوبت آزاد، بدتر شدن طعم و بدتر شدن بافت محصول آبی آشکار می شود.تجزیه محصولات آبزی، اکسیداسیون، دناتوره شدن و مصرف خشک ناشی از تهاجم میکروبی، همگی عوامل مهمی هستند که بر ماندگاری محصولات آبزی تأثیر می گذارند.ذخیره سازی منجمد روشی متداول برای نگهداری محصولات آبزی است، اما درجه خاصی از تخریب کیفیت نیز در این فرآیند وجود خواهد داشت که به ویژه برای ماهیان آب شیرین بسیار جدی است.

حفظ فیلم خوراکی محصولات آبزی در اواخر دهه 1970 آغاز شد و اکنون به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است.فیلم خوراکی می تواند به طور موثری محصولات آبزی منجمد را حفظ کند، از دست دادن آب را کاهش دهد، و همچنین می تواند با آنتی اکسیدان ها برای جلوگیری از اکسیداسیون چربی ترکیب شود، در نتیجه به هدف افزایش عمر مفید و ماندگاری دست می یابد.میناچیسوندارام و همکاران.یک فیلم خوراکی کامپوزیتی مبتنی بر نشاسته با استفاده از نشاسته به عنوان ماتریکس و اضافه کردن ادویه هایی مانند میخک و دارچین تهیه کرد و از آن برای نگهداری میگوی سفید استفاده کرد.نتایج نشان داد که فیلم نشاسته خوراکی می تواند به طور موثری از رشد میکروارگانیسم ها جلوگیری کند، اکسیداسیون چربی را کاهش دهد، ماندگاری میگوی سفید یخچالی در دمای 10 درجه سانتی گراد و 4 درجه سانتی گراد را به ترتیب 14 و 12 روز افزایش دهد.Cheng Yuanyuan و دیگران مواد نگهدارنده محلول پولولان را مطالعه کردند و ماهی آب شیرین را انجام دادند.نگهداری می تواند به طور موثری از رشد میکروارگانیسم ها جلوگیری کند، اکسیداسیون پروتئین و چربی ماهی را کاهش دهد و اثر نگهداری عالی داشته باشد.یونس و همکارانماهی قزل آلای رنگین کمان را با یک فیلم خوراکی ژلاتینی که اسانس برگ بو به آن اضافه شد پوشش داد و اثر نگهداری در یخچال را در دمای 4 درجه سانتی گراد بررسی کرد.نتایج نشان داد که فیلم خوراکی ژلاتینی در حفظ کیفیت ماهی قزل آلای رنگین کمان تا 22 روز موثر است.برای مدت طولانی .وانگ سیوی و همکاراناز آلژینات سدیم، کیتوزان و CMC به عنوان مواد اصلی استفاده کرد، اسید استئاریک را برای تهیه مایع فیلم خوراکی اضافه کرد و از آن برای پوشش پنائوس وانامی برای تازگی استفاده کرد.این مطالعه نشان داد که فیلم کامپوزیت CMC و کیتوزان مایع اثر نگهداری خوبی دارد و می تواند عمر مفید را حدود 2 روز افزایش دهد.یانگ شنگپینگ و دیگران از فیلم خوراکی پلی فنول کیتوزان-چای برای سرد کردن و نگهداری دم موی تازه استفاده کردند که می تواند به طور موثری از تولید مثل باکتری ها در سطح دم مو جلوگیری کند، تشکیل اسید هیدروکلریک فرار را به تاخیر بیندازد و عمر ماندگاری دم مو را افزایش دهد. حدود 12 روز

1.1.3.6 کاربرد در غذاهای سرخ شده

غذای سرخ شده یک غذای آماده و پرطرفدار با خروجی زیاد است.روی آن با پلی ساکارید و فیلم خوراکی پروتئینی پیچیده شده است که می تواند از تغییر رنگ غذا در طی فرآیند سرخ کردن جلوگیری کرده و مصرف روغن را کاهش دهد.ورود اکسیژن و رطوبت [80].پوشاندن غذای سرخ شده با صمغ ژلان می تواند مصرف روغن را تا 35 تا 63 درصد کاهش دهد، مثلاً هنگام سرخ کردن ساشیمی، مصرف روغن را تا 63 درصد کاهش می دهد.هنگام سرخ کردن چیپس سیب زمینی می تواند مصرف روغن را 35 تا 63 درصد کاهش دهد.کاهش مصرف سوخت تا 60 درصد و غیره [81].

سینگتونگ و همکارانفیلم های خوراکی از پلی ساکاریدهایی مانند آلژینات سدیم، کربوکسی متیل سلولز و پکتین ساخته شد که برای پوشش نوارهای موز سرخ شده استفاده می شد و میزان جذب روغن را پس از سرخ کردن مورد مطالعه قرار داد.نتایج نشان داد که پکتین و کربوکسیل نوارهای موز سرخ شده پوشیده شده با متیل سلولز کیفیت حسی بهتری از خود نشان دادند که در این میان فیلم خوراکی پکتین بهترین اثر را در کاهش جذب روغن داشت [82].هولونیا و همکارانلایه‌های HPMC و MC روی سطح فیله‌های مرغ سرخ‌شده برای بررسی تغییرات در مصرف روغن، محتوای اسیدهای چرب آزاد و ارزش رنگ در روغن سرخ کردنی پوشش داده شده است.پیش پوشش دهی می تواند جذب روغن را کاهش داده و عمر روغن را بهبود بخشد [83].شنگ میکسیانگ و همکارانفیلم‌های خوراکی از CMC، کیتوزان و ایزوله پروتئین سویا، روکش چیپس سیب‌زمینی و سرخ کردن آن‌ها در دمای بالا برای بررسی جذب روغن، محتوای آب، رنگ، محتوای آکریل آمید و کیفیت حسی چیپس سیب‌زمینی ساخته شد.نتایج نشان داد که فیلم خوراکی ایزوله پروتئین سویا تأثیر بسزایی در کاهش مصرف روغن چیپس سیب زمینی سرخ شده دارد و فیلم خوراکی کیتوزان تأثیر بهتری در کاهش محتوای آکریل آمید دارد [84].سالوادور و همکارانسطح حلقه های ماهی مرکب سرخ شده را با نشاسته گندم، نشاسته ذرت اصلاح شده، دکسترین و گلوتن پوشانده است که می تواند تردی حلقه های ماهی مرکب را بهبود بخشد و سرعت جذب روغن را کاهش دهد [85].

1.1.3.7 کاربرد در محصولات نانوایی

فیلم خوراکی را می توان به عنوان یک پوشش صاف برای بهبود ظاهر محصولات پخته استفاده کرد.می تواند به عنوان مانعی در برابر رطوبت، اکسیژن، گریس و غیره برای بهبود ماندگاری محصولات پخته شده استفاده شود، به عنوان مثال، از فیلم خوراکی کیتوزان برای پوشش سطحی نان استفاده می شود و همچنین می تواند به عنوان چسب برای تنقلات ترد و تنقلات استفاده شود. به عنوان مثال، بادام زمینی برشته شده اغلب با چسب هایی برای پوشاندن نمک و چاشنی ها پوشانده می شود [87].

کریستوس و همکارانفیلم های خوراکی از آلژینات سدیم و پروتئین آب پنیر ساخته و روی سطح نان پروبیوتیک لاکتوباسیلوس رامنوسوس پوشانده شد.این مطالعه نشان داد که میزان بقای پروبیوتیک ها به طور قابل توجهی بهبود یافته است، اما دو نوع نان نشان دادند مکانیسم های گوارشی بسیار مشابه هستند، بنابراین پوشش لایه خوراکی بافت، طعم و خواص ترموفیزیکی نان را تغییر نمی دهد [88].پانوات و همکارانعصاره انگور فرنگی هندی را به ماتریکس متیل سلولز برای تهیه یک فیلم کامپوزیت خوراکی اضافه کرد و از آن برای حفظ تازگی بادام هندی بوداده استفاده کرد.نتایج نشان داد که فیلم خوراکی کامپوزیتی می تواند به طور موثری بادام هندی بوداده را در طول نگهداری مهار کند.کیفیت بدتر شد و عمر ماندگاری بادام هندی بوداده تا 90 روز افزایش یافت [89].شو و همکارانیک فیلم خوراکی شفاف و قابل انعطاف با کازئینات سدیم و گلیسیرین ساخته و خواص مکانیکی، نفوذپذیری آب و اثر بسته‌بندی آن را روی برش‌های نان پخته شده مورد مطالعه قرار داد.نتایج نشان داد که فیلم خوراکی کازئینات سدیم نان پخته شده را پیچیده می کند.پس از پخت، سختی آن را می توان در عرض 6 ساعت پس از نگهداری در دمای اتاق کاهش داد [90].دو و همکاراناز فیلم خوراکی مبتنی بر سیب و فیلم خوراکی مبتنی بر گوجه فرنگی اضافه شده با اسانس های گیاهی برای بسته بندی مرغ کباب استفاده کرد که نه تنها از رشد میکروارگانیسم ها قبل از برشته کردن مرغ جلوگیری کرد، بلکه طعم مرغ را پس از برشته کردن نیز افزایش داد [91].جوانمرد و همکاران.یک فیلم خوراکی از نشاسته گندم تهیه کرد و از آن برای پیچیدن مغز پسته پخته استفاده کرد.نتایج نشان داد که فیلم نشاسته خوراکی می تواند از ترشیدگی اکسیداتیو آجیل جلوگیری کند، کیفیت آجیل را بهبود بخشد و ماندگاری آنها را افزایش دهد [92].مجید و همکاراناز فیلم خوراکی پروتئین آب پنیر برای پوشاندن بادام زمینی بوداده استفاده کرد که می تواند مانع اکسیژن را افزایش دهد، ترشی بادام زمینی را کاهش دهد، شکنندگی بادام زمینی برشته شده را بهبود بخشد و دوره نگهداری آن را طولانی تر کند [93].

1.1.3.8 کاربرد در محصولات قنادی

صنعت آب نبات نیازهای بالایی برای انتشار اجزای فرار دارد، بنابراین برای شکلات و آب نبات با سطوح صیقلی، لازم است از فیلم های خوراکی محلول در آب برای جایگزینی مایع پوشش حاوی اجزای فرار استفاده شود.فیلم بسته بندی خوراکی می تواند یک لایه محافظ صاف روی سطح آب نبات ایجاد کند تا مهاجرت اکسیژن و رطوبت را کاهش دهد [19].استفاده از فیلم های خوراکی پروتئین آب پنیر در شیرینی پزی می تواند به طور قابل توجهی انتشار اجزای فرار آن را کاهش دهد.هنگامی که از شکلات برای کپسوله کردن غذاهای روغنی مانند کلوچه ها و کره بادام زمینی استفاده می شود، روغن به لایه بیرونی شکلات مهاجرت می کند و شکلات را چسبناک می کند و باعث ایجاد پدیده "یخ زدگی معکوس" می شود، اما مواد داخلی خشک می شود و در نتیجه یک تغییر در طعم آنافزودن یک لایه از مواد بسته بندی فیلم خوراکی با عملکرد مانع چربی می تواند این مشکل را حل کند [94].

نلسون و همکاراناز فیلم خوراکی متیل سلولز برای پوشاندن آب نبات های حاوی چندین لیپید استفاده کرد و نفوذپذیری چربی بسیار پایینی را نشان داد و در نتیجه از پدیده یخ زدگی در شکلات جلوگیری کرد [95].میرز از یک فیلم خوراکی دولایه هیدروژل-موم روی آدامس استفاده کرد که می‌تواند چسبندگی آن را بهبود بخشد، تبخیر آب را کاهش دهد و عمر ماندگاری آن را افزایش دهد [21].آب تهیه شده توسط فادینی و همکاران.فیلم کامپوزیت خوراکی دکلاژن-کره کاکائو به دلیل خواص مکانیکی و نفوذپذیری آب مورد مطالعه قرار گرفت و به عنوان پوششی برای محصولات شکلاتی با نتایج خوبی استفاده شد [96].

1.1.4 فیلم های خوراکی مبتنی بر سلولز

فیلم خوراکی مبتنی بر سلولز نوعی فیلم خوراکی است که از فراوان ترین سلولز و مشتقات آن در طبیعت به عنوان مواد اولیه اصلی تهیه می شود.فیلم خوراکی مبتنی بر سلولز بی بو و بی مزه است و دارای استحکام مکانیکی خوب، خواص مانع روغن، شفافیت، انعطاف پذیری و خواص مانع گاز خوب است.با این حال، به دلیل ماهیت آبدوست سلولز، مقاومت فیلم خوراکی مبتنی بر سلولز است عملکرد آب به طور کلی نسبتا ضعیف است [82، 97-99].

فیلم خوراکی مبتنی بر سلولز ساخته شده از مواد زائد در تولید صنایع غذایی می تواند فیلم های بسته بندی خوراکی را با عملکرد عالی به دست آورد و می تواند از مواد زاید برای افزایش ارزش افزوده محصولات مجددا استفاده کند.فریرا و همکارانپودر باقیمانده میوه و سبزیجات را با پودر پوست سیب زمینی برای تهیه یک فیلم کامپوزیت خوراکی مبتنی بر سلولز مخلوط کرده و برای حفظ طراوت آن را روی پوشش زالزالک بمالید و به نتایج خوبی دست یافت [62].تان هویزی و همکاران.از فیبر غذایی استخراج شده از ته ته لوبیا به عنوان ماده پایه استفاده کرد و مقدار مشخصی غلیظ کننده را برای تهیه یک فیلم خوراکی از فیبر سویا اضافه کرد که دارای خواص مکانیکی خوب و خواص بازدارنده است [100]، که عمدتاً برای بسته بندی چاشنی نودل فست فود استفاده می شود. ، حل کردن بسته مواد به طور مستقیم در آب گرم راحت و مغذی است.

مشتقات سلولز محلول در آب، مانند متیل سلولز (MC)، کربوکسی متیل سلولز (CMC) و هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)، می توانند یک ماتریکس پیوسته تشکیل دهند و معمولاً در ساخت و تحقیق فیلم های خوراکی استفاده می شوند.شیائو نایو و همکاراناز MC به عنوان بستر اصلی تشکیل فیلم استفاده کرد، پلی اتیلن گلیکول و کلسیم کلرید و سایر مواد کمکی را اضافه کرد، فیلم خوراکی MC را با روش ریخته‌گری تهیه کرد و از آن برای حفظ اولکرانون استفاده کرد که می‌تواند دهان اولکرانون را طولانی کند.ماندگاری هلو 4.5 روز است [101].اسماعیلی و همکارانفیلم خوراکی MC را با ریخته‌گری تهیه کرد و روی پوشش میکروکپسول‌های اسانس گیاهی اعمال کرد.نتایج نشان داد که فیلم MC دارای اثر مسدود کننده روغن خوبی است و می تواند برای جلوگیری از فساد اسیدهای چرب روی بسته بندی مواد غذایی اعمال شود [102].تیان و همکارانفیلم‌های خوراکی MC با اسید استئاریک و اسیدهای چرب غیراشباع اصلاح شده، که می‌تواند ویژگی‌های مسدودکننده آب فیلم‌های خوراکی MC را بهبود بخشد [103].لای فنگینگ و همکاراناثر نوع حلال را بر فرآیند تشکیل فیلم فیلم خوراکی MC و خواص مانع و خواص مکانیکی فیلم خوراکی مورد مطالعه قرار داد [104].

غشاهای CMC دارای خاصیت مانع خوبی برای O2 ، CO2 و روغن ها هستند و به طور گسترده در زمینه غذا و پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند [99].بیفانی و همکاران.غشاهای CMC را تهیه کرده و اثر عصاره برگ را بر روی خواص سد آب و خاصیت سد گاز غشاها مورد بررسی قرار داد.نتایج نشان داد که افزودن عصاره برگ می تواند به طور قابل توجهی رطوبت و خاصیت سد اکسیژن غشاها را بهبود بخشد ، اما برای CO2 نیست.خصوصیات سد مربوط به غلظت عصاره است [105].د مورا و همکاران.نانوذرات کیتوزان تهیه شده فیلم های CMC را تقویت کرده و پایداری حرارتی ، خواص مکانیکی و حلالیت آب فیلم های کامپوزیت را مورد مطالعه قرار داد.نتایج نشان می دهد که نانوذرات کیتوزان می توانند به طور موثری خواص مکانیکی و پایداری حرارتی فیلم های CMC را بهبود بخشند.رابطه جنسی [98].غنبرزاده و همکاران.فیلم های خوراکی CMC را تهیه کرده و اثرات گلیسرول و اسید اولئیک را بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم های CMC مورد مطالعه قرار داد.نتایج نشان داد که خصوصیات مانع فیلم ها به طور قابل توجهی بهبود یافته است ، اما خصوصیات مکانیکی و شفافیت کاهش یافته است [99].چنگ و همکاران.یک فیلم کامپوزیت خوراکی کربوکسی متیل سلولز- Konjac Glucomannan را تهیه کرد و تأثیر روغن نخل را بر خصوصیات فیزیکوشیمیایی فیلم کامپوزیت مورد مطالعه قرار داد.نتایج نشان داد که میکروسفرهای لیپید کوچکتر می توانند فیلم کامپوزیت را به میزان قابل توجهی افزایش دهند.آبگریز سطح و انحنای کانال نفوذ مولکول آب می تواند عملکرد سد رطوبت غشای را بهبود بخشد [106].

HPMC خاصیت تشکیل فیلم خوبی دارد و فیلم آن انعطاف پذیر، شفاف، بی رنگ و بی بو است و خاصیت مانع روغن خوبی دارد، اما خواص مکانیکی و خاصیت مسدود کننده آب آن نیاز به بهبود دارد.مطالعه زونیگا و همکاران.نشان داد که ریزساختار اولیه و پایداری محلول تشکیل فیلم HPMC می تواند به طور قابل توجهی بر سطح و ساختار داخلی فیلم تأثیر بگذارد و نحوه ورود قطرات روغن در طول تشکیل ساختار فیلم می تواند به طور قابل توجهی بر عبور نور و فعالیت سطحی فیلم تأثیر بگذارد. فیلمافزودن عامل می تواند پایداری محلول تشکیل دهنده فیلم را بهبود بخشد، که به نوبه خود بر ساختار سطح و خواص نوری فیلم تأثیر می گذارد، اما خواص مکانیکی و نفوذپذیری هوا کاهش نمی یابد [107].کلانگ موانگ و همکاراناز خاک رس اصلاح شده ارگانیک و موم زنبور عسل برای تقویت و اصلاح لایه خوراکی HPMC برای بهبود خواص مکانیکی و خواص بازدارنده فیلم HPMC استفاده کرد.این مطالعه نشان داد که پس از اصلاح موم زنبور عسل و خاک رس، خواص مکانیکی فیلم خوراکی HPMC با فیلم خوراکی قابل مقایسه است.عملکرد اجزای رطوبت بهبود یافت [108].دوگان و همکارانفیلم خوراکی HPMC را تهیه کرد و از سلولز میکروکریستالی برای تقویت و اصلاح فیلم HPMC استفاده کرد و نفوذپذیری آب و خواص مکانیکی فیلم را مطالعه کرد.نتایج نشان داد که ویژگی های مانع رطوبتی فیلم اصلاح شده تغییر معنی داری نداشت.، اما خواص مکانیکی آن به طور قابل توجهی بهبود یافته است [109].چوی و همکارانبرگ پونه کوهی و اسانس ترنج را به ماتریکس HPMC برای تهیه فیلم کامپوزیت خوراکی اضافه کرد و آن را روی پوشش نگهداری آلو تازه اعمال کرد.این مطالعه نشان داد که فیلم کامپوزیت خوراکی می تواند به طور موثری از تنفس آلو، کاهش تولید اتیلن، کاهش سرعت کاهش وزن و بهبود کیفیت آلو جلوگیری کند [110].استقلال و همکارانHPMC را با ژلاتین برای تهیه فیلم های کامپوزیت خوراکی مخلوط کرد و فیلم های کامپوزیت خوراکی را مطالعه کرد.خواص فیزیکوشیمیایی، خواص مکانیکی و سازگاری ژلاتین HPMC نشان داد که خواص کششی لایه های کامپوزیت ژلاتین HPMC به طور قابل توجهی تغییر نکرده است که می تواند در تهیه کپسول های دارویی استفاده شود [111].ویلاکرس و همکارانخواص مکانیکی، خواص مانع گاز و خواص ضد باکتریایی فیلم های کامپوزیتی خوراکی نشاسته HPMC-cassava را مورد مطالعه قرار داد.نتایج نشان داد که لایه‌های کامپوزیتی دارای خواص مانع اکسیژن و اثرات ضد باکتریایی خوبی هستند [112].بیون و همکارانغشاهای کامپوزیت shellac-HPMC را تهیه و اثرات انواع امولسیفایرها و غلظت شلاک را بر روی غشاهای کامپوزیت مورد مطالعه قرار داد.امولسیفایر خاصیت مسدود کردن آب غشاء کامپوزیت را کاهش داد، اما خواص مکانیکی آن به طور قابل توجهی کاهش پیدا نکرد.افزودن شلاک تا حد زیادی پایداری حرارتی غشاء HPMC را بهبود بخشید و اثر آن با افزایش غلظت شلاک افزایش یافت [113].

1.1.5 فیلم های خوراکی مبتنی بر نشاسته

نشاسته یک پلیمر طبیعی برای تهیه فیلم های خوراکی است.دارای مزایای منبع گسترده، قیمت پایین، زیست سازگاری و ارزش غذایی است و به طور گسترده در صنایع غذایی و دارویی استفاده می شود [114-117].اخیراً تحقیقات بر روی فیلم‌های خوراکی نشاسته خالص و فیلم‌های کامپوزیت خوراکی مبتنی بر نشاسته برای نگهداری و نگهداری مواد غذایی یکی پس از دیگری پدیدار شده است [118].نشاسته آمیلوز بالا و نشاسته اصلاح شده هیدروکسی پروپیله آن مواد اصلی برای تهیه فیلم های خوراکی مبتنی بر نشاسته هستند [119].پسرفت نشاسته دلیل اصلی توانایی آن در تشکیل فیلم است.هر چه محتوای آمیلوز بیشتر باشد، پیوند بین مولکولی محکم‌تر، تولید رتروگراسیون آسان‌تر است و خاصیت تشکیل فیلم و استحکام کششی نهایی فیلم بهتر است.بزرگترآمیلوز می‌تواند فیلم‌های محلول در آب با نفوذپذیری اکسیژن کم بسازد، و خواص بازدارنده فیلم‌های پر آمیلوز در محیط‌های با دمای بالا کاهش نمی‌یابد، که می‌تواند به طور موثر از مواد غذایی بسته‌بندی شده محافظت کند [120].

فیلم خوراکی نشاسته، بی رنگ و بی بو، دارای شفافیت خوب، حلالیت در آب و خواص مانع گاز است، اما خاصیت آب دوستی نسبتاً قوی و خاصیت سد رطوبتی ضعیفی از خود نشان می دهد، بنابراین عمدتاً در بسته بندی اکسیژن و روغن مواد غذایی استفاده می شود [121-123].علاوه بر این، غشاهای مبتنی بر نشاسته مستعد پیری و پسرفت هستند و خواص مکانیکی آنها نسبتاً ضعیف است [124].به منظور غلبه بر کاستی های فوق، می توان نشاسته را با روش های فیزیکی، شیمیایی، آنزیمی، ژنتیکی و افزایشی اصلاح کرد تا خواص فیلم های خوراکی مبتنی بر نشاسته را بهبود بخشد [114].

ژانگ ژنگمائو و همکاراناز فیلم خوراکی نشاسته ای بسیار ریز برای پوشاندن توت فرنگی استفاده کرد و دریافت که می تواند به طور موثری از دست دادن آب را کاهش دهد، کاهش محتوای قند محلول را به تاخیر بیندازد و به طور موثر دوره نگهداری توت فرنگی را طولانی کند [125].گارسیا و همکاراننشاسته اصلاح شده با نسبت های زنجیره ای مختلف برای به دست آوردن مایع تشکیل دهنده فیلم نشاسته اصلاح شده، که برای حفظ فیلم پوشش توت فرنگی تازه استفاده می شود.سرعت و سرعت پوسیدگی بهتر از گروه بدون پوشش بود [126].قنبرزاده و همکاراننشاسته اصلاح شده با پیوند متقابل اسید سیتریک و فیلم نشاسته اصلاح شده با پیوندهای شیمیایی به دست آمد.مطالعات نشان داده اند که پس از اصلاح پیوند متقابل، خواص سد رطوبتی و خواص مکانیکی لایه های نشاسته بهبود یافته است [127].گائو کونیو و همکارانتیمار هیدرولیز آنزیمی نشاسته انجام شد و فیلم خوراکی نشاسته به دست آمد و خواص مکانیکی آن مانند استحکام کششی، ازدیاد طول و مقاومت تاشو افزایش یافت و عملکرد سد رطوبتی با افزایش زمان عمل آنزیم افزایش یافت.به طور قابل توجهی بهبود یافته است [128].پارا و همکارانبرای تهیه یک فیلم خوراکی با خواص مکانیکی خوب و سرعت انتقال بخار آب کم، یک عامل اتصال متقابل به نشاسته تاپیوکا اضافه کرد [129].فونسکا و همکاراناز هیپوکلریت سدیم برای اکسید کردن نشاسته سیب زمینی استفاده کرد و یک فیلم خوراکی از نشاسته اکسید شده تهیه کرد.این مطالعه نشان داد که سرعت انتقال بخار آب و حلالیت آب آن به طور قابل توجهی کاهش یافته است، که می تواند در بسته بندی مواد غذایی با فعالیت آب بالا اعمال شود [130].

ترکیب نشاسته با سایر پلیمرها و نرم کننده های خوراکی یک روش مهم برای بهبود خواص فیلم های خوراکی مبتنی بر نشاسته است.در حال حاضر، پلیمرهای پیچیده رایج اغلب کلوئیدهای آبدوست مانند پکتین، سلولز، پلی ساکارید جلبک دریایی، کیتوزان، کاراگینان و صمغ زانتان هستند [131].

ماریا رودریگز و همکاراناز نشاسته سیب زمینی و نرم کننده ها یا سورفکتانت ها به عنوان مواد اصلی برای تهیه فیلم های خوراکی مبتنی بر نشاسته استفاده کرد که نشان می دهد نرم کننده ها می توانند انعطاف پذیری فیلم را افزایش دهند و سورفکتانت ها می توانند کشش فیلم را کاهش دهند [132].سانتانا و همکاراناز نانوالیاف برای تقویت و اصلاح لایه‌های خوراکی نشاسته کاساوا استفاده کرد و فیلم‌های کامپوزیتی خوراکی مبتنی بر نشاسته را با خواص مکانیکی بهبود یافته، خواص مانع و پایداری حرارتی بدست آورد [133].آزودو و همکارانپروتئین آب پنیر ترکیبی با نشاسته ترموپلاستیک برای تهیه یک ماده فیلم یکنواخت، نشان می دهد که پروتئین آب پنیر و نشاسته ترموپلاستیک دارای چسبندگی سطحی قوی هستند و پروتئین آب پنیر می تواند به طور قابل توجهی در دسترس بودن نشاسته را بهبود بخشد.خواص مکانیکی و مسدود کننده آب فیلم های خوراکی [134].ادیرج و همکارانیک فیلم خوراکی مبتنی بر نشاسته تاپیوکا تهیه کرد و اثر نرم کننده را بر ساختار فیزیکی و شیمیایی، خواص مکانیکی و خواص حرارتی فیلم مطالعه کرد.نتایج نشان می دهد که نوع و غلظت نرم کننده می تواند به طور قابل توجهی بر فیلم نشاسته تاپیوکا تأثیر بگذارد.در مقایسه با سایر نرم‌کننده‌ها مانند اوره و تری اتیلن گلیکول، پکتین بهترین اثر روان‌کننده را دارد و فیلم نشاسته پلاستیک‌شده با پکتین خاصیت مسدودکننده آب خوبی دارد [135].صابری و همکاراناز نشاسته نخود، صمغ گوار و گلیسیرین برای تهیه فیلم های کامپوزیتی خوراکی استفاده می شود.نتایج نشان داد که نشاسته نخود نقش عمده‌ای در ضخامت، چگالی، چسبندگی، نفوذپذیری آب و استحکام کششی دارد.صمغ گوار می تواند بر استحکام کششی و مدول الاستیک غشا تأثیر بگذارد و گلیسرول می تواند انعطاف پذیری غشا را بهبود بخشد [136].جی و همکارانترکیب کیتوزان و نشاسته ذرت و افزودن نانوذرات کربنات کلسیم برای تهیه یک فیلم ضد باکتری مبتنی بر نشاسته.این مطالعه نشان داد که پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی بین نشاسته و کیتوزان تشکیل شد و خواص مکانیکی فیلم افزایش یافت و خواص ضد باکتریایی آن افزایش یافت [137].میرا و همکارانفیلم ضد باکتری خوراکی نشاسته ذرت با نانوذرات کائولین بهبود یافته و اصلاح شده و خواص مکانیکی و حرارتی فیلم کامپوزیت بهبود یافته و اثر ضد باکتریایی تحت تاثیر قرار نگرفت [138].اورتگا تورو و همکارانHPMC را به نشاسته اضافه کرد و اسید سیتریک را برای تهیه فیلم خوراکی اضافه کرد.این مطالعه نشان داد که افزودن HPMC و اسید سیتریک می تواند به طور موثری از پیری نشاسته جلوگیری کند و نفوذپذیری آب فیلم خوراکی را کاهش دهد، اما خواص مانع اکسیژن کاهش می یابد [139].

1.2 هیدروژل های پلیمری

هیدروژل ها دسته ای از پلیمرهای آبدوست با ساختار شبکه ای سه بعدی هستند که در آب نامحلول هستند اما می توانند توسط آب متورم شوند.از نظر ماکروسکوپی، یک هیدروژل شکل مشخصی دارد، نمی تواند جریان داشته باشد و یک ماده جامد است.از نظر میکروسکوپی، مولکول‌های محلول در آب می‌توانند در شکل‌ها و اندازه‌های مختلف در هیدروژل توزیع شوند و با سرعت‌های انتشار متفاوتی منتشر شوند، بنابراین هیدروژل خواص یک محلول را نشان می‌دهد.ساختار داخلی هیدروژل ها استحکام محدودی دارد و به راحتی از بین می رود.در حالتی بین جامد و مایع قرار دارد.خاصیت ارتجاعی مشابهی با جامد دارد و به وضوح با جامد واقعی متفاوت است.

1.2.1 مروری بر هیدروژل های پلیمری

1.2.1.1 طبقه بندی هیدروژل های پلیمری

هیدروژل پلیمری یک ساختار شبکه سه بعدی است که از اتصال متقاطع فیزیکی یا شیمیایی بین مولکول های پلیمری تشکیل می شود [143-146].مقدار زیادی آب را در آب جذب می کند تا متورم شود و در عین حال می تواند ساختار سه بعدی خود را حفظ کرده و در آب نامحلول باشد.اب.

راه های زیادی برای طبقه بندی هیدروژل ها وجود دارد.بر اساس تفاوت در خواص اتصال عرضی، آنها را می توان به ژل های فیزیکی و ژل های شیمیایی تقسیم کرد.ژل های فیزیکی توسط پیوندهای هیدروژنی نسبتا ضعیف، پیوندهای یونی، فعل و انفعالات آبگریز، نیروهای واندروالس و درهم تنیدگی فیزیکی بین زنجیره های مولکولی پلیمری و سایر نیروهای فیزیکی تشکیل می شوند و می توانند در محیط های خارجی مختلف به محلول تبدیل شوند.ژل برگشت پذیر نامیده می شود.ژل شیمیایی معمولاً یک ساختار شبکه سه بعدی دائمی است که از اتصال عرضی پیوندهای شیمیایی مانند پیوندهای کووالانسی در مجاورت گرما، نور، آغازگر و غیره تشکیل می شود و پس از تشکیل ژل غیر قابل برگشت و دائمی است که به نام های دیگر نیز شناخته می شود. برای میعان واقعی [147-149].ژل های فیزیکی به طور کلی نیازی به اصلاح شیمیایی ندارند و سمیت کمی دارند، اما خواص مکانیکی آنها نسبتا ضعیف است و تحمل فشارهای خارجی زیاد دشوار است.ژل های شیمیایی به طور کلی پایداری و خواص مکانیکی بهتری دارند.

بر اساس منابع مختلف، هیدروژل ها را می توان به هیدروژل های پلیمری مصنوعی و هیدروژل های پلیمری طبیعی تقسیم کرد.هیدروژل های پلیمری مصنوعی هیدروژل هایی هستند که از پلیمریزاسیون شیمیایی پلیمرهای مصنوعی، عمدتاً شامل پلی اکریلیک اسید، پلی وینیل استات، پلی آکریل آمید، پلی اتیلن اکسید و غیره تشکیل می شوند.هیدروژل‌های پلیمری طبیعی هستند هیدروژل‌های پلیمری از اتصال عرضی پلیمرهای طبیعی مانند پلی ساکاریدها و پروتئین‌ها در طبیعت، از جمله سلولز، آلژینات، نشاسته، آگارز، اسید هیالورونیک، ژلاتین و کلاژن تشکیل می‌شوند [6، 7، 150]، 151.هیدروژل‌های پلیمری طبیعی معمولاً دارای ویژگی‌های منبع گسترده، قیمت پایین و سمیت کم هستند و هیدروژل‌های پلیمری مصنوعی عموماً پردازش آسان و بازده بالایی دارند.

بر اساس واکنش های مختلف به محیط خارجی، هیدروژل ها را می توان به هیدروژل های سنتی و هیدروژل های هوشمند نیز تقسیم کرد.هیدروژل های سنتی نسبتاً نسبت به تغییرات محیط خارجی حساس نیستند.هیدروژل های هوشمند می توانند تغییرات کوچک در محیط خارجی را حس کنند و تغییرات مربوطه را در ساختار فیزیکی و خواص شیمیایی ایجاد کنند [152-156].برای هیدروژل های حساس به دما، حجم با دمای محیط تغییر می کند.معمولاً چنین هیدروژل های پلیمری حاوی گروه های آبدوست مانند هیدروکسیل، اتر و آمید یا گروه های آبگریز مانند متیل، اتیل و پروپیل هستند.دمای محیط خارجی می‌تواند بر تعامل آبدوست یا آبگریز بین مولکول‌های ژل، پیوند هیدروژنی و برهمکنش بین مولکول‌های آب و زنجیره‌های پلیمری تأثیر بگذارد و در نتیجه بر تعادل سیستم ژل تأثیر بگذارد.برای هیدروژل‌های حساس به pH، سیستم معمولاً شامل گروه‌های اصلاح‌کننده اسید-باز مانند گروه‌های کربوکسیل، گروه‌های اسید سولفونیک یا گروه‌های آمینه است.در یک محیط متغیر pH، این گروه‌ها می‌توانند پروتون‌ها را جذب یا آزاد کنند، پیوند هیدروژنی در ژل و تفاوت بین غلظت‌های داخلی و خارجی یون را تغییر داده و در نتیجه حجم ژل تغییر می‌کند.برای هیدروژل های میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی و حساس به نور، به ترتیب حاوی گروه های عاملی مانند پلی الکترولیت ها، اکسیدهای فلزی و گروه های حساس به نور هستند.تحت محرک های خارجی مختلف، دمای سیستم یا درجه یونیزاسیون تغییر می کند و سپس حجم ژل با اصل مشابه دما یا هیدروژل حساس به pH تغییر می کند.

بر اساس رفتارهای مختلف ژل، هیدروژل ها را می توان به ژل های ناشی از سرما و ژل های ناشی از حرارت تقسیم کرد [157].ژل سرد که به اختصار ژل سرد نامیده می شود، یک ماکرومولکول است که به شکل سیم پیچ های تصادفی در دمای بالا وجود دارد.در طی فرآیند خنک سازی، به دلیل عمل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی، قطعات مارپیچ به تدریج تشکیل می شوند و در نتیجه فرآیند از محلول کامل می شود.انتقال به ژل [158];ژل القای حرارتی که به آن ژل حرارتی گفته می شود، یک ماکرومولکول در حالت محلول در دمای پایین است.در طول فرآیند گرمایش، یک ساختار شبکه سه بعدی از طریق برهمکنش آبگریز و غیره شکل می گیرد، بنابراین انتقال ژل شدن کامل می شود [159]، 160].

هیدروژل‌ها را می‌توان به هیدروژل‌های هموپلیمر، هیدروژل‌های کوپلیمر شده و هیدروژل‌های شبکه متقابل بر اساس ویژگی‌های شبکه مختلف، هیدروژل‌های میکروسکوپی و هیدروژل‌های ماکروسکوپی بر اساس اندازه‌های مختلف ژل و خواص زیست تخریب‌پذیر تقسیم کرد.به هیدروژل های تجزیه پذیر و هیدروژل های تجزیه ناپذیر تقسیم می شود.

1.2.1.2 کاربرد هیدروژل های پلیمری طبیعی

هیدروژل های پلیمری طبیعی دارای ویژگی های زیست سازگاری خوب، انعطاف پذیری بالا، منابع فراوان، حساسیت به محیط زیست، احتباس آب بالا و سمیت کم هستند و به طور گسترده در زیست پزشکی، فرآوری مواد غذایی، حفاظت از محیط زیست، تولید کشاورزی و جنگلداری استفاده می شوند و به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. مورد استفاده در صنعت و سایر زمینه ها [142، 161-165].

کاربرد هیدروژل های پلیمری طبیعی در زمینه های مرتبط با زیست پزشکیهیدروژل های پلیمری طبیعی سازگاری زیستی خوب، زیست تخریب پذیری و بدون عوارض جانبی سمی دارند، بنابراین می توان از آنها به عنوان پانسمان زخم و تماس مستقیم با بافت های انسانی استفاده کرد که می تواند به طور موثری تهاجم میکروارگانیسم ها را در شرایط آزمایشگاهی کاهش دهد، از از دست دادن مایعات بدن جلوگیری کند و اکسیژن را امکان پذیر کند. عبور کردنبهبود زخم را تقویت می کند؛می توان برای تهیه لنزهای تماسی با مزایای استفاده راحت، نفوذپذیری خوب اکسیژن و درمان کمکی بیماری های چشمی استفاده کرد [166، 167].پلیمرهای طبیعی شبیه ساختار بافت‌های زنده هستند و می‌توانند در متابولیسم طبیعی بدن انسان شرکت کنند، بنابراین می‌توان از این هیدروژل‌ها به عنوان مواد داربست مهندسی بافت، ترمیم غضروف مهندسی بافت و غیره استفاده کرد. داربست های شکل دار و تزریقی.استنت‌های از پیش ساخته شده از آب استفاده می‌کنند، ساختار شبکه‌ای سه‌بعدی ویژه ژل، آن را قادر می‌سازد تا نقش حمایتی خاصی را در بافت‌های بیولوژیکی ایفا کند و در عین حال فضای رشد خاص و کافی برای سلول‌ها را فراهم می‌کند و همچنین می‌تواند باعث رشد، تمایز و تخریب سلول‌ها شود. جذب توسط بدن انسان [168].استنت‌های تزریقی از رفتار انتقال فاز هیدروژل‌ها برای تشکیل سریع ژل‌ها پس از تزریق در حالت محلول روان استفاده می‌کنند که می‌تواند درد بیماران را به حداقل برساند [169].برخی از هیدروژل های پلیمری طبیعی به محیط زیست حساس هستند، بنابراین به طور گسترده ای به عنوان مواد رهاسازی کنترل شده با دارو استفاده می شوند، به طوری که داروهای محصور شده در آنها می توانند به صورت زمان بندی شده و کمی به قسمت های مورد نیاز بدن انسان رها شوند و سموم و جانبی را کاهش دهند. اثرات داروها بر بدن انسان [170].

کاربرد هیدروژل های پلیمری طبیعی در زمینه های مرتبط با مواد غذاییهیدروژل های پلیمری طبیعی بخش مهمی از سه وعده غذایی افراد در روز هستند، مانند برخی دسرها، آب نبات ها، جایگزین های گوشت، ماست و بستنی.اغلب به عنوان یک افزودنی غذایی در محصولات غذایی استفاده می شود که می تواند خواص فیزیکی آن را بهبود بخشد و طعمی نرم به آن بدهد.به عنوان مثال، به عنوان غلیظ کننده در سوپ و سس، به عنوان امولسیفایر در آب میوه و به عنوان یک عامل تعلیق استفاده می شود.در نوشیدنی‌های شیری، به‌عنوان عامل ژل‌کننده در پودینگ‌ها و آسپیک‌ها، به‌عنوان شفاف‌کننده و تثبیت‌کننده کف در آبجو، به‌عنوان مهارکننده سینرزیس در پنیر، به‌عنوان چسبنده در سوسیس‌ها، به‌عنوان بازدارنده‌های پس‌رویدگی نشاسته در نان و کره استفاده می‌شود [171-174] ].از کتاب افزودنی های غذایی می توان دریافت که تعداد زیادی از هیدروژل های پلیمری طبیعی به عنوان افزودنی های غذایی برای فرآوری مواد غذایی تایید شده اند [175].هیدروژل‌های پلیمری طبیعی به عنوان تقویت‌کننده‌های تغذیه‌ای در توسعه محصولات بهداشتی و غذاهای کاربردی، مانند فیبرهای رژیمی، مورد استفاده در محصولات کاهش وزن و محصولات ضد یبوست استفاده می‌شوند [176، 177].به عنوان پری بیوتیک، آنها در محصولات مراقبت بهداشتی روده بزرگ و محصولات برای پیشگیری از سرطان روده بزرگ استفاده می شوند [178].هیدروژل‌های پلیمری طبیعی را می‌توان به پوشش‌ها یا فیلم‌های خوراکی یا تجزیه‌پذیر تبدیل کرد که می‌توان از آن‌ها در زمینه مواد بسته‌بندی مواد غذایی مانند نگهداری میوه‌ها و سبزیجات استفاده کرد و با پوشاندن آن‌ها بر روی میوه‌ها و سبزیجات روی سطح، ماندگاری را افزایش داد. میوه ها و سبزیجات و میوه ها و سبزیجات را تازه و لطیف نگه دارید.همچنین می تواند به عنوان مواد بسته بندی برای غذاهای راحت مانند سوسیس و چاشنی ها برای تسهیل تمیز کردن استفاده شود [179، 180].

کاربرد هیدروژل های پلیمری طبیعی در سایر زمینه هااز نظر نیازهای روزانه، می توان آن را به مراقبت از پوست کرمی یا لوازم آرایشی اضافه کرد که نه تنها می تواند از خشک شدن محصول در انبار جلوگیری کند، بلکه باعث مرطوب شدن و آبرسانی ماندگار پوست نیز می شود.می توان از آن برای یک ظاهر طراحی شده، مرطوب کننده و انتشار آهسته عطرها در آرایش زیبایی استفاده کرد.می توان از آن در نیازهای روزمره مانند دستمال کاغذی و پوشک استفاده کرد [181].در کشاورزی، می توان از آن برای مقاومت در برابر خشکسالی و محافظت از نهال ها و کاهش شدت کار استفاده کرد.به عنوان یک پوشش دهنده برای بذرهای گیاهی، می تواند سرعت جوانه زنی بذر را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.هنگامی که در پیوند نهال استفاده می شود، می تواند میزان بقای نهال ها را افزایش دهد.آفت کش ها، بهبود استفاده و کاهش آلودگی [182، 183].از نظر محیطی، به عنوان یک لخته ساز و جاذب برای تصفیه فاضلاب که اغلب حاوی یون های فلزات سنگین، ترکیبات معطر و رنگ ها برای حفاظت از منابع آب و بهبود محیط زیست است، استفاده می شود [184].در صنعت به عنوان عامل آبگیری، روان کننده حفاری، مواد بسته بندی کابل، مواد آب بندی و عامل ذخیره سازی سرد و غیره استفاده می شود [185].

1.2.2 ترموژل هیدروکسی پروپیل متیل سلولز

سلولز یک ترکیب درشت مولکولی طبیعی است که قبلاً مورد مطالعه قرار گرفته است، نزدیک ترین رابطه را با انسان دارد و در طبیعت فراوان ترین است.این به طور گسترده در گیاهان عالی، جلبک ها و میکروارگانیسم ها وجود دارد [186، 187].سلولز به دلیل منبع گسترده، قیمت پایین، تجدید پذیر، زیست تخریب پذیر، ایمن، غیر سمی و زیست سازگاری خوب به تدریج توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است [188].

1.2.2.1 سلولز و مشتقات اتر آن

سلولز یک پلیمر با زنجیره بلند خطی است که از اتصال واحدهای ساختاری D-آنهیدروگلوکز از طریق پیوندهای گلیکوزیدی β-1،4 تشکیل شده است [189-191].نامحلولبه جز یک گروه انتهایی در هر انتهای زنجیره مولکولی، سه گروه هیدروکسیل قطبی در هر واحد گلوکز وجود دارد که می توانند تعداد زیادی پیوند هیدروژنی درون مولکولی و بین مولکولی را تحت شرایط خاص تشکیل دهند.و سلولز یک ساختار چند حلقه ای است و زنجیره مولکولی نیمه سفت است.زنجیره، بلورینگی بالا و ساختار بسیار منظم، بنابراین دارای ویژگی های درجه پلیمریزاسیون بالا، جهت گیری مولکولی خوب و پایداری شیمیایی است [83، 187].از آنجایی که زنجیره سلولزی حاوی تعداد زیادی گروه هیدروکسیل است، می توان آن را از نظر شیمیایی با روش های مختلفی مانند استریفیکاسیون، اکسیداسیون و اتریفیکاسیون برای به دست آوردن مشتقات سلولزی با خواص کاربردی عالی اصلاح کرد [192، 193].

مشتقات سلولزی یکی از اولین محصولات تحقیقاتی و تولید شده در زمینه شیمی پلیمر است.آنها مواد شیمیایی ریز پلیمری با طیف وسیعی از کاربردها هستند که از نظر شیمیایی از سلولز پلیمری طبیعی اصلاح شده اند.در میان آنها، اترهای سلولزی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.یکی از مهمترین مواد خام شیمیایی در کاربردهای صنعتی است [194].

انواع زیادی از اترهای سلولزی وجود دارد که همه آنها عموماً خواص منحصر به فرد و عالی خود را دارند و به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها مانند غذا و دارو مورد استفاده قرار گرفته اند [195].MC ساده ترین نوع اتر سلولزی با گروه متیل است.با افزایش درجه جایگزینی، می توان آن را در محلول قلیایی رقیق، آب، الکل و حلال هیدروکربن معطر حل کرد و خواص ژل حرارتی منحصر به فردی را از خود نشان داد.[196].CMC یک اتر سلولز آنیونی است که از سلولز طبیعی با قلیایی شدن و اسیدی شدن به دست می آید.

پرکاربردترین و پرکاربردترین اتر سلولزی است که در آب محلول است [197].HPC، یک اتر هیدروکسی آلکیل سلولز به دست آمده از قلیایی کردن و اتریف کردن سلولز، دارای ترموپلاستیسیته خوبی است و همچنین خواص ژل حرارتی را نشان می دهد و دمای ژل آن به طور قابل توجهی تحت تأثیر درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل است [198].HPMC، یک اتر مخلوط مهم، همچنین دارای خواص ژل حرارتی است و خواص ژل آن به دو جایگزین و نسبت آنها مربوط می شود [199].

1.2.2.2 ساختار هیدروکسی پروپیل متیل سلولز

هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)، ساختار مولکولی در شکل 1-3 نشان داده شده است، یک اتر مخلوط سلولز غیریونی محلول در آب است.واکنش اتریفیکاسیون متیل کلرید و پروپیلن اکسید برای بدست آوردن [200,201] انجام می شود و معادله واکنش شیمیایی در شکل 1-4 نشان داده شده است.

بر روی واحد ساختاری HPMC به طور همزمان گروه های هیدروکسی پروپوکسی (-[OCH2CH(CH3)] n OH)، متوکسی (-OCH3) و هیدروکسی واکنش نداده وجود دارد و عملکرد آن بازتاب عمل مشترک گروه های مختلف است.[202].نسبت بین دو جایگزین با نسبت جرمی دو عامل اتریف کننده، غلظت و جرم هیدروکسید سدیم، و نسبت جرمی عوامل اتریف کننده به واحد جرم سلولز تعیین می شود [203].هیدروکسی پروپوکسی یک گروه فعال است که می تواند بیشتر آلکیله شود و هیدروکسی آلکیله شود.این گروه یک گروه آبدوست با یک زنجیره بلند شاخه است که نقش خاصی در پلاستیک سازی داخل زنجیره ایفا می کند.متوکسی یک گروه درپوش انتهایی است که منجر به غیرفعال شدن این محل واکنش پس از واکنش می شود.این گروه یک گروه آبگریز است و ساختار نسبتاً کوتاهی دارد [204، 205].گروه های هیدروکسیل واکنش نداده و تازه معرفی شده را می توان جایگزین کرد و در نتیجه یک ساختار شیمیایی نهایی نسبتاً پیچیده ایجاد می شود و خواص HPMC در محدوده خاصی متفاوت است.برای HPMC، مقدار کمی جایگزینی می تواند خواص فیزیکوشیمیایی آن را کاملاً متفاوت کند [206]، برای مثال، خواص فیزیکوشیمیایی HPMC با متوکسی بالا و هیدروکسی پروپیل کم نزدیک به MC است.عملکرد HPMC نزدیک به HPC است.

1.2.2.3 خواص هیدروکسی پروپیل متیل سلولز

(1) ترموژل پذیری HPMC

زنجیره HPMC به دلیل معرفی گروه های آبگریز-متیل و آبدوست-هیدروکسی پروپیل ویژگی های هیدراتاسیون-دهیدراتاسیون منحصر به فردی دارد.با حرارت دادن به تدریج تبدیل به ژل می شود و پس از سرد شدن به حالت محلول برمی گردد.یعنی دارای خواص ژل ناشی از حرارت است و پدیده ژل شدن یک فرآیند برگشت پذیر است اما یکسان نیست.

با توجه به مکانیسم ژل شدن HPMC، به طور گسترده پذیرفته شده است که در دماهای پایین تر (زیر دمای ژل)، HPMC در محلول و مولکول های آب قطبی توسط پیوندهای هیدروژنی به یکدیگر متصل می شوند تا ساختار فوق مولکولی به اصطلاح قفس پرنده را تشکیل دهند.درهم تنیدگی های ساده ای بین زنجیره های مولکولی HPMC هیدراته وجود دارد، به غیر از آن، برهمکنش های کمی دیگر وجود دارد.هنگامی که دما افزایش می یابد، HPMC ابتدا انرژی را برای شکستن پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی بین مولکول های آب و مولکول های HPMC جذب می کند، ساختار مولکولی قفس مانند را از بین می برد، به تدریج آب محدود شده در زنجیره مولکولی را از دست می دهد و گروه های هیدروکسی پروپیل و متوکسی را در معرض دید قرار می دهد.با ادامه افزایش دما (برای رسیدن به دمای ژل)، مولکول های HPMC به تدریج یک ساختار شبکه سه بعدی را از طریق ارتباط آبگریز تشکیل می دهند، ژل های HPMC در نهایت تشکیل می شوند [160، 207، 208].

افزودن نمک های معدنی تا حدی بر دمای ژل HPMC تأثیر می گذارد، برخی به دلیل پدیده نمک زدایی دمای ژل را کاهش می دهند و برخی دیگر به دلیل پدیده انحلال نمک دمای ژل را افزایش می دهند [209].با افزودن نمک هایی مانند NaCl، پدیده نمک زدایی رخ می دهد و دمای ژل HPMC کاهش می یابد [210، 211].پس از اضافه شدن نمک به HPMC، مولکول های آب تمایل بیشتری به ترکیب با یون های نمک دارند، به طوری که پیوند هیدروژنی بین مولکول های آب و HPMC از بین می رود، لایه آب اطراف مولکول های HPMC مصرف می شود و مولکول های HPMC می توانند به سرعت آزاد شوند. آب گریزیدر ارتباط، دمای تشکیل ژل به تدریج کاهش می یابد.در مقابل، هنگامی که نمک هایی مانند NaSCN اضافه می شود، پدیده انحلال نمک رخ می دهد و دمای ژل HPMC افزایش می یابد [212].ترتیب اثر کاهشی آنیون ها بر دمای ژل به این صورت است: SO42- > S2O32- > H2PO4- > F- > Cl- > Br- > NO3-> I- > ClO4- > SCN-، ترتیب کاتیون ها در افزایش دمای ژل عبارت است از: Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Ba2+ [213].

هنگامی که برخی از مولکول‌های کوچک آلی مانند الکل‌های مونوهیدریک حاوی گروه‌های هیدروکسیل اضافه می‌شوند، دمای ژل با افزایش مقدار افزوده افزایش می‌یابد، حداکثر مقدار را نشان می‌دهد و سپس کاهش می‌یابد تا زمانی که جداسازی فاز رخ دهد [214، 215].این عمدتاً به دلیل وزن مولکولی کوچک آن است که به ترتیب قدر با مولکول های آب قابل مقایسه است و می تواند پس از ترکیب به امتزاج پذیری در سطح مولکولی برسد.

(2) حلالیت HPMC

HPMC دارای خواص نامحلول در آب گرم و محلول در آب سرد مشابه MC است، اما می توان آن را با توجه به حلالیت های مختلف در آب به نوع پراکندگی سرد و نوع پراکندگی گرم تقسیم کرد [203].HPMC پراکنده سرد می تواند به سرعت در آب در آب سرد پراکنده شود و ویسکوزیته آن پس از مدتی افزایش می یابد و واقعاً در آب حل می شود.برعکس، HPMC پراکنده شده با حرارت، در هنگام اضافه کردن آب در دمای پایین تر، تجمع نشان می دهد، اما اضافه کردن آن دشوارتر است.در آب با دمای بالا، HPMC را می توان به سرعت پراکنده کرد و پس از کاهش دما، ویسکوزیته افزایش می یابد و به یک محلول آبی HPMC واقعی تبدیل می شود.حلالیت HPMC در آب به محتوای گروه های متوکسی مربوط می شود که در آب گرم بالای 85 درجه سانتی گراد، 65 درجه سانتی گراد و 60 درجه سانتی گراد از زیاد به پایین نامحلول هستند.به طور کلی، HPMC در حلال های آلی مانند استون و کلروفرم نامحلول است، اما در محلول های آبی اتانول و محلول های آلی مخلوط قابل حل است.

(3) تحمل نمک HPMC

ماهیت غیر یونی HPMC باعث می شود نتواند در آب یونیزه شود، بنابراین با یون های فلزی واکنش نشان نمی دهد تا رسوب کند.با این حال، افزودن نمک بر دمای تشکیل ژل HPMC تأثیر می گذارد.هنگامی که غلظت نمک افزایش می یابد، دمای ژل HPMC کاهش می یابد.هنگامی که غلظت نمک کمتر از نقطه لخته سازی باشد، ویسکوزیته محلول HPMC را می توان افزایش داد، بنابراین در کاربرد، با افزودن مقدار مناسب نمک می توان به هدف غلیظ شدن دست یافت [210، 216].

(4) مقاومت اسیدی و قلیایی HPMC

به طور کلی، HPMC دارای پایداری اسید-باز قوی است و تحت تأثیر pH در pH 2-12 قرار نمی گیرد.HPMC نسبت به درجه خاصی از اسید رقیق مقاومت نشان می دهد، اما تمایل به کاهش ویسکوزیته برای اسید غلیظ را نشان می دهد.قلیاها تأثیر کمی روی آن دارند، اما می توانند کمی افزایش و سپس به آرامی ویسکوزیته محلول را کاهش دهند [217، 218].

(5) فاکتور تأثیر ویسکوزیته HPMC

HPMC شبه پلاستیک است، محلول آن در دمای اتاق پایدار است و ویسکوزیته آن تحت تأثیر وزن مولکولی، غلظت و دما است.در همان غلظت، وزن مولکولی HPMC بالاتر، ویسکوزیته بالاتر است.برای محصول با وزن مولکولی یکسان، هر چه غلظت HPMC بیشتر باشد، ویسکوزیته بالاتر است.ویسکوزیته محصول HPMC با افزایش دما کاهش می یابد و با افزایش ناگهانی ویسکوزیته به دلیل ژل شدن، به دمای تشکیل ژل می رسد [9، 219، 220].

(6) سایر خواص HPMC

HPMC مقاومت بالایی در برابر آنزیم ها دارد و مقاومت آن در برابر آنزیم ها با درجه جانشینی افزایش می یابد.بنابراین، محصول از کیفیت پایدارتری در طول نگهداری نسبت به سایر محصولات قندی برخوردار است [189، ​​212].HPMC خاصیت امولسیون کنندگی خاصی دارد.گروه های متوکسی آبگریز را می توان بر روی سطح فاز روغن در امولسیون جذب کرد تا یک لایه جذب ضخیم ایجاد کند که می تواند به عنوان یک لایه محافظ عمل کند.گروه های هیدروکسیل محلول در آب را می توان با آب ترکیب کرد تا فاز پیوسته را بهبود بخشد.ویسکوزیته، ادغام فاز پراکنده را مهار می کند، کشش سطحی را کاهش می دهد و امولسیون را تثبیت می کند [221].HPMC را می توان با پلیمرهای محلول در آب مانند ژلاتین، متیل سلولز، صمغ لوبیا ملخ، کاراگینان و صمغ عربی مخلوط کرد تا یک محلول یکنواخت و شفاف ایجاد کند و همچنین می تواند با نرم کننده هایی مانند گلیسیرین و پلی اتیلن گلیکول مخلوط شود.[200، 201، 214].

1.2.2.4 مشکلات موجود در کاربرد هیدروکسی پروپیل متیل سلولز

اول، قیمت بالا کاربرد گسترده HPMC را محدود می کند.اگرچه فیلم HPMC دارای شفافیت خوب، خواص مانع گریس و خواص مکانیکی است.با این حال، قیمت بالای آن (حدود 100000/تن) کاربرد گسترده آن را حتی در کاربردهای دارویی با ارزش بالاتر مانند کپسول ها محدود می کند.دلیل گرانی HPMC اولاً به این دلیل است که ماده خام سلولز مورد استفاده برای تهیه HPMC نسبتاً گران است.علاوه بر این، دو گروه جایگزین، گروه هیدروکسی پروپیل و گروه متوکسی، به طور همزمان روی HPMC پیوند می زنند که فرآیند تهیه آن را بسیار دشوار می کند.پیچیده است، بنابراین محصولات HPMC گران تر هستند.

دوم، ویسکوزیته کم و خواص استحکام ژل پایین HPMC در دماهای پایین، فرآیند پذیری آن را در کاربردهای مختلف کاهش می دهد.HPMC یک ژل حرارتی است که در حالت محلول با ویسکوزیته بسیار کم در دمای پایین وجود دارد و در دمای بالا می تواند یک ژل جامد چسبناک تشکیل دهد، بنابراین فرآیندهای پردازش مانند پوشش، اسپری و غوطه وری باید در دمای بالا انجام شود. .در غیر این صورت محلول به راحتی به سمت پایین جریان می یابد و در نتیجه مواد فیلم غیر یکنواخت تشکیل می شود که بر کیفیت و عملکرد محصول تأثیر می گذارد.چنین عملیات دمای بالا ضریب سختی عملیات را افزایش می دهد و در نتیجه مصرف انرژی تولید و هزینه تولید بالا را به همراه دارد.

1.2.3 ژل سرد نشاسته هیدروکسی پروپیل

نشاسته یک ترکیب پلیمری طبیعی است که توسط فتوسنتز گیاهان در محیط طبیعی سنتز می شود.پلی ساکاریدهای تشکیل دهنده آن معمولاً در دانه ها و غده های گیاهان به صورت گرانول همراه با پروتئین ها، الیاف، روغن ها، قندها و مواد معدنی ذخیره می شوند.یا در ریشه [222].نشاسته نه تنها منبع اصلی انرژی دریافتی برای مردم است، بلکه یک ماده خام صنعتی مهم است.به دلیل منبع گسترده، قیمت پایین، سبز، طبیعی و تجدیدپذیر، به طور گسترده ای در صنایع غذایی و دارویی، تخمیر، کاغذسازی، نساجی و صنایع نفت استفاده شده است [223].

1.2.3.1 نشاسته و مشتقات آن

نشاسته یک پلیمر طبیعی طبیعی است که واحد ساختاری آن واحد α-D-آنهیدروگلوکز است.واحدهای مختلف توسط پیوندهای گلیکوزیدی به هم متصل می شوند و فرمول مولکولی آن (C6H10O5) n است.بخشی از زنجیره مولکولی در دانه های نشاسته با پیوندهای گلیکوزیدی α-1،4 که آمیلوز خطی است به هم متصل می شود.بخش دیگری از زنجیره مولکولی با پیوندهای گلیکوزیدی α-1،6 بر این اساس به هم متصل می شود که آمیلوپکتین شاخه ای است [224].در گرانول های نشاسته، نواحی کریستالی وجود دارد که مولکول ها در یک آرایش منظم قرار گرفته اند و نواحی بی شکل که مولکول ها در آنها به طور نامنظم قرار گرفته اند.ترکیب بخشیهیچ مرز مشخصی بین ناحیه کریستالی و ناحیه آمورف وجود ندارد و مولکول های آمیلوپکتین می توانند از چندین ناحیه کریستالی و نواحی بی شکل عبور کنند.بر اساس ماهیت طبیعی سنتز نشاسته، ساختار پلی ساکارید در نشاسته با گونه‌های گیاهی و محل‌های منبع متفاوت است [225].

اگرچه نشاسته به دلیل داشتن منبع گسترده و خواص تجدیدپذیر به یکی از مواد اولیه مهم برای تولید صنعتی تبدیل شده است، نشاسته بومی عموماً دارای معایبی مانند حلالیت ضعیف در آب و خاصیت تشکیل فیلم، قابلیت امولسیون کنندگی و ژل شدن کم و پایداری ناکافی است.برای گسترش دامنه کاربرد آن، نشاسته معمولاً از نظر فیزیکوشیمیایی اصلاح می شود تا آن را با نیازهای مختلف کاربرد تطبیق دهد [38، 114].سه گروه هیدروکسیل آزاد روی هر واحد ساختاری گلوکز در مولکول های نشاسته وجود دارد.این گروه های هیدروکسیل بسیار فعال هستند و به نشاسته خواصی شبیه پلی ال ها می دهند که امکان واکنش دناتوره شدن نشاسته را فراهم می کند.

پس از اصلاح، برخی از خواص نشاسته بومی تا حد زیادی بهبود یافته است و بر عیوب استفاده از نشاسته بومی غلبه کرده است، بنابراین نشاسته اصلاح شده نقشی محوری در صنعت فعلی ایفا می کند [226].نشاسته اکسید شده یکی از پرمصرف ترین نشاسته های اصلاح شده با فناوری نسبتا بالغ است.در مقایسه با نشاسته بومی، نشاسته اکسید شده راحت تر ژلاتینه می شود.مزایای چسبندگی بالانشاسته استری شده یک مشتق نشاسته ای است که از استری شدن گروه های هیدروکسیل در مولکول های نشاسته تشکیل می شود.درجه بسیار کم جایگزینی می تواند به طور قابل توجهی خواص نشاسته بومی را تغییر دهد.شفافیت و خواص تشکیل فیلم خمیر نشاسته به وضوح بهبود یافته است.نشاسته اتری شده واکنش اتریفیکاسیون گروه های هیدروکسیل در مولکول های نشاسته برای تولید اتر پلی نشاسته است و رتروگریداسیون آن ضعیف می شود.تحت شرایط قلیایی قوی که نمی توان از نشاسته اکسید شده و نشاسته استری استفاده کرد، پیوند اتری نیز می تواند نسبتاً پایدار بماند.مستعد هیدرولیزنشاسته اصلاح شده با اسید، نشاسته با اسید درمان می شود تا محتوای آمیلوز را افزایش دهد و در نتیجه باعث افزایش پسرفت و خمیر نشاسته می شود.نسبتاً شفاف است و با سرد شدن ژل جامد را تشکیل می دهد [114].

1.2.3.2 ساختار نشاسته هیدروکسی پروپیل

نشاسته هیدروکسی پروپیل (HPS) ، که ساختار مولکولی آن در شکل 1-4 نشان داده شده است ، یک اتر نشاسته غیر یونی است که با واکنش اتریکاسیون پروپیلن اکسید با نشاسته در شرایط قلیایی [223 ، 227 ، 228] تهیه می شود ، و آن معادله واکنش شیمیایی در شکل 1-6 نشان داده شده است.

در طول سنتز HPS، علاوه بر واکنش با نشاسته برای تولید نشاسته هیدروکسی پروپیل، اکسید پروپیلن همچنین می تواند با نشاسته هیدروکسی پروپیل تولید شده برای تولید زنجیره های جانبی پلی اکسی پروپیل واکنش نشان دهد.درجه جایگزینیدرجه جایگزینی (DS) به میانگین تعداد گروه های هیدروکسیل جایگزین شده در هر گروه گلوکوزیل اشاره دارد.اکثر گروه های گلوکوزیل نشاسته حاوی 3 گروه هیدروکسیل هستند که می توانند جایگزین شوند، بنابراین حداکثر DS 3 است. درجه مولی جایگزینی (MS) به میانگین جرم جانشین ها در هر مول از گروه گلوکوزیل اشاره دارد [223، 229].شرایط فرآیند واکنش هیدروکسی پروپیلاسیون، مورفولوژی گرانول نشاسته و نسبت آمیلوز به آمیلوپکتین در نشاسته بومی همگی بر اندازه MS تأثیر می‌گذارند.

1.2.3.3 خواص نشاسته هیدروکسی پروپیل

(1) ژل شدن سرد HPS

برای خمیر نشاسته HPS داغ، به ویژه سیستم با محتوای آمیلوز بالا، در طول فرآیند خنک‌سازی، زنجیره‌های مولکولی آمیلوز در خمیر نشاسته با یکدیگر در هم پیچیده می‌شوند تا یک ساختار شبکه‌ای سه‌بعدی تشکیل دهند و رفتار جامد مانند آشکاری از خود نشان دهند.تبدیل به الاستومر می شود، ژل می سازد و پس از گرم شدن مجدد می تواند به حالت محلول برگردد، یعنی خاصیت ژل سرد دارد و این پدیده ژل دارای خواص برگشت پذیر است [228].

آمیلوز ژلاتینه شده به طور پیوسته مارپیچ می شود تا یک ساختار تک مارپیچ هم محور تشکیل شود.بیرون این ساختارهای منفرد مارپیچ یک گروه آبدوست و داخل یک حفره آبگریز است.در دمای بالا، HPS در محلول های آبی به صورت سیم پیچ های تصادفی وجود دارد که برخی از بخش های مارپیچ منفرد از آن کشیده می شوند.هنگامی که دما کاهش می یابد، پیوندهای هیدروژنی بین HPS و آب شکسته می شود، آب ساختاری از بین می رود و پیوندهای هیدروژنی بین زنجیره های مولکولی به طور مداوم تشکیل می شود و در نهایت یک ساختار ژل شبکه سه بعدی را تشکیل می دهد.فاز پر شدن در شبکه ژل نشاسته، گرانول ها یا قطعات نشاسته باقیمانده پس از ژلاتینه شدن است و در هم تنیدگی مقداری آمیلوپکتین نیز به تشکیل ژل کمک می کند [230-232].

(2) آب دوستی HPS

معرفی گروه های هیدروکسی پروپیل آبدوست استحکام پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های نشاسته را تضعیف می کند، حرکت مولکول ها یا بخش های نشاسته را تقویت می کند و دمای ذوب میکروکریستال های نشاسته را کاهش می دهد.ساختار دانه‌های نشاسته تغییر می‌کند و سطح دانه‌های نشاسته ناهموار است با افزایش دما، شکاف‌ها یا سوراخ‌هایی ظاهر می‌شوند، به طوری که مولکول‌های آب به راحتی می‌توانند به داخل دانه‌های نشاسته وارد شوند و نشاسته را راحت‌تر متورم و ژلاتینه کند. بنابراین دمای ژلاتینه شدن نشاسته کاهش می یابد.با افزایش درجه جانشینی، دمای ژلاتینه شدن نشاسته هیدروکسی پروپیل کاهش می یابد و در نهایت می تواند در آب سرد متورم شود.پس از هیدروکسی پروپیلاسیون، جریان پذیری، پایداری دمای پایین، شفافیت، حلالیت و خواص تشکیل فیلم خمیرهای نشاسته بهبود یافت [233-235].

(3) پایداری HPS

HPS یک اتر نشاسته غیر یونی با پایداری بالا است.در طی واکنش های شیمیایی مانند هیدرولیز، اکسیداسیون و اتصال عرضی، پیوند اتری شکسته نمی شود و جانشین ها نمی ریزند.بنابراین، خواص HPS نسبتاً کمتر تحت تأثیر الکترولیت‌ها و pH قرار می‌گیرد و این اطمینان را می‌دهد که می‌توان از آن در طیف وسیعی از pH اسید-باز استفاده کرد [236-238].

1.2.3.4 کاربرد HPS در زمینه غذا و دارو

HPS غیر سمی و بی مزه، با عملکرد هضم خوب و ویسکوزیته هیدرولیز نسبتا کم است.به عنوان یک نشاسته اصلاح شده خوراکی ایمن در داخل و خارج از کشور شناخته می شود.در اوایل دهه 1950، ایالات متحده نشاسته هیدروکسی پروپیل را برای استفاده مستقیم در مواد غذایی تأیید کرد [223، 229، 238].HPS یک نشاسته اصلاح شده است که به طور گسترده در زمینه مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرد و عمدتاً به عنوان یک عامل غلیظ کننده، عامل تعلیق و تثبیت کننده استفاده می شود.

می توان از آن در غذاهای راحت و غذاهای منجمد مانند نوشیدنی ها، بستنی و مربا استفاده کرد.می تواند تا حدی جایگزین آدامس های خوراکی با قیمت بالا مانند ژلاتین شود.می توان آن را به فیلم های خوراکی تبدیل کرد و به عنوان پوشش و بسته بندی مواد غذایی استفاده کرد [229، 236].

HPS معمولا در زمینه پزشکی به عنوان پرکننده، چسب برای محصولات دارویی، تجزیه کننده برای قرص ها، مواد برای کپسول های نرم و سخت دارویی، پوشش های دارویی، عوامل ضد متراکم برای گلبول های قرمز مصنوعی و ضخیم کننده های پلاسما و غیره استفاده می شود. [239] .

1.3 ترکیب پلیمری

مواد پلیمری به طور گسترده در تمام جنبه های زندگی مورد استفاده قرار می گیرند و از مواد ضروری و مهم هستند.توسعه مستمر علم و فناوری باعث می شود نیازهای مردم بیشتر و بیشتر متنوع شود و به طور کلی برای مواد پلیمری تک جزئی برای برآوردن نیازهای کاربردی متنوع انسان ها دشوار است.ترکیب دو یا چند پلیمر اقتصادی ترین و موثرترین روش برای به دست آوردن مواد پلیمری با قیمت پایین، عملکرد عالی، پردازش راحت و کاربرد وسیع است که توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده و بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است [240-242] .

1.3.1 هدف و روش ترکیب پلیمری

هدف اصلی از ترکیب پلیمری: (ل) بهینه سازی خواص جامع مواد.پلیمرهای مختلف ترکیب می شوند، به طوری که ترکیب نهایی خواص عالی یک ماکرومولکول واحد را حفظ می کند، از نقاط قوت یکدیگر درس می گیرد و نقاط ضعف آن را تکمیل می کند و خواص جامع مواد پلیمری را بهینه می کند.(2) کاهش هزینه مواد.برخی از مواد پلیمری دارای خواص عالی هستند، اما گران هستند.بنابراین، می توان آنها را با سایر پلیمرهای ارزان قیمت ترکیب کرد تا هزینه ها را بدون تأثیر بر استفاده کاهش دهد.(3) بهبود خواص پردازش مواد.برخی از مواد دارای خواص عالی هستند اما پردازش آنها دشوار است و می توان پلیمرهای مناسب دیگری را برای بهبود خواص پردازش آنها اضافه کرد.(4) برای تقویت خاصیت خاصی از مواد.به منظور بهبود عملکرد ماده در یک جنبه خاص، از پلیمر دیگری برای اصلاح آن استفاده می شود.(5) توابع جدید مواد را توسعه دهید.

روشهای رایج ترکیب پلیمری: (ل) ترکیب ذوب.تحت عمل برشی تجهیزات ترکیبی، پلیمرهای مختلف برای ترکیب شدن تا بالاتر از دمای جریان ویسکوز حرارت داده می شوند و پس از ترکیب سرد و دانه بندی می شوند.(2) بازسازی راه حل.این دو جزء با استفاده از یک حلال معمولی هم زده و مخلوط می شوند یا محلول های پلیمری مختلف محلول به طور یکنواخت هم زده می شوند و سپس حلال برای به دست آوردن یک ترکیب پلیمری خارج می شود.(3) ترکیب امولسیونی.پس از هم زدن و مخلوط کردن امولسیون های پلیمری مختلف از یک نوع امولسیفایر، یک منعقد کننده برای رسوب همزمان پلیمر برای به دست آوردن یک ترکیب پلیمری اضافه می شود.(4) کوپلیمریزاسیون و ترکیب.از جمله کوپلیمریزاسیون پیوند، کوپلیمریزاسیون بلوکی و کوپلیمریزاسیون واکنشی، فرآیند ترکیب با واکنش شیمیایی همراه است.(5) شبکه متقابل [10].

1.3.2 ترکیب پلی ساکاریدهای طبیعی

پلی ساکاریدهای طبیعی یک دسته رایج از مواد پلیمری در طبیعت هستند که معمولاً از نظر شیمیایی اصلاح می شوند و خواص بسیار خوبی از خود نشان می دهند.با این حال، مواد پلی ساکارید منفرد اغلب دارای محدودیت های عملکردی خاصی هستند، بنابراین پلی ساکاریدهای مختلف اغلب برای دستیابی به هدف تکمیل مزایای عملکرد هر جزء و گسترش دامنه کاربرد، ترکیب می شوند.در اوایل دهه 1980، تحقیقات در مورد ترکیب پلی ساکاریدهای طبیعی مختلف به طور قابل توجهی افزایش یافته است [243].تحقیقات بر روی سیستم ترکیبی طبیعی پلی ساکارید در داخل و خارج از کشور بیشتر بر روی سیستم ترکیبی کوردلان و غیر کوردلان و سیستم ترکیبی دو نوع پلی ساکارید غیر کشکی متمرکز است.

1.3.2.1 طبقه بندی هیدروژل های پلی ساکارید طبیعی

پلی ساکاریدهای طبیعی را می توان با توجه به توانایی آنها در تشکیل ژل به Curdlan و Non-Curdlan تقسیم کرد.برخی از پلی ساکاریدها می توانند به تنهایی ژل ها را تشکیل دهند ، بنابراین به آنها Curdlan ، مانند کاراژنان و غیره گفته می شود.برخی دیگر هیچ خاصیت ژلنگ خود را ندارند و به آنها پلی ساکاریدهای غیر CURD ، مانند آدامس زانتان گفته می شود.

هیدروژل ها را می توان با حل کردن کوردلان طبیعی در محلول آبی به دست آورد.بر اساس برگشت پذیری حرارتی ژل به دست آمده و وابستگی به دما مدول آن، می توان آن را به چهار نوع مختلف زیر تقسیم کرد [244]:

(1) محلول کرایوژل، پلی ساکارید فقط می تواند ژل را در دمای پایین مانند کاراگینان بدست آورد.

(2) ژل القا شده با حرارت، محلول پلی ساکارید فقط می تواند ژل را در دمای بالا مانند گلوکومانان بدست آورد.

(3) محلول پلی ساکارید نه تنها می تواند ژل را در دمای پایین تر به دست آورد، بلکه می تواند ژل را در دمای بالاتر نیز بدست آورد، اما یک حالت محلول در دمای متوسط ​​ارائه می دهد.

(4) محلول فقط می تواند ژل را در دمای معینی در وسط بدست آورد.کوردلان طبیعی مختلف غلظت بحرانی (حداقل) خاص خود را دارد که بالاتر از آن می توان ژل به دست آورد.غلظت بحرانی ژل به طول پیوسته زنجیره مولکولی پلی ساکارید مربوط می شود.قدرت ژل تا حد زیادی تحت تأثیر غلظت و وزن مولکولی محلول است و به طور کلی با افزایش غلظت، قدرت ژل افزایش می‌یابد [245].

1.3.2.2 سیستم ترکیبی کوردلان و غیر کوردلان

ترکیب غیر کوردلان با کوردلان به طور کلی استحکام ژل پلی ساکاریدها را بهبود می بخشد [246].ترکیب صمغ کنجاک و کاراگینان باعث افزایش پایداری و الاستیسیته ژل ساختار شبکه ژل کامپوزیت شده و به طور قابل توجهی استحکام ژل آن را بهبود می بخشد.وی یو و همکارانکاراگینان و صمغ کونیاک را ترکیب کرد و ساختار ژل را پس از ترکیب مورد بحث قرار داد.این مطالعه نشان داد که پس از ترکیب کاراگینان و صمغ کنجاک، یک اثر هم افزایی ایجاد شد، و ساختار شبکه ای تحت سلطه کاراگینان تشکیل شد، صمغ کنژاک در آن پراکنده شد و شبکه ژل آن متراکم تر از کاراگینان خالص است [247].کوهیاما و همکارانسیستم ترکیبی صمغ کاراگینان/کنژاک را مورد مطالعه قرار داد و نتایج نشان داد که با افزایش مداوم وزن مولکولی صمغ کنجاک، تنش پارگی ژل کامپوزیت همچنان افزایش می‌یابد.صمغ konjac با وزن‌های مولکولی متفاوت تشکیل ژل مشابهی را نشان داد.درجه حرارت.در این سیستم ترکیبی، تشکیل شبکه ژل توسط کاراگینان انجام می شود و برهمکنش بین دو مولکول کوردلان منجر به تشکیل مناطق ضعیف متقابل می شود [248].نیشیناری و همکارانسیستم ترکیب صمغ ژلان/ صمغ کنجاک را مطالعه کرد و نتایج نشان داد که اثر کاتیون‌های تک ظرفیتی بر روی ژل ترکیب بارزتر بود.می تواند مدول سیستم و دمای تشکیل ژل را افزایش دهد.کاتیون‌های دو ظرفیتی می‌توانند تشکیل ژل‌های کامپوزیت را تا حدی افزایش دهند، اما مقادیر بیش از حد باعث جدا شدن فاز و کاهش مدول سیستم می‌شود [246].برنیر و همکارانترکیب کاراگینان، صمغ ملخ و صمغ کنجاک را مطالعه کرد و دریافت که کاراگینان، صمغ لوبیا و صمغ کنجاک می‌توانند اثرات هم افزایی ایجاد کنند و نسبت بهینه آن صمغ ملخ/کاراگینان 1:5.5، صمغ کنجاک/کاراگینان 1:7 است. و هنگامی که این سه با هم ترکیب می شوند، اثر هم افزایی مانند صمغ کاراگینان/کنژاک است که نشان می دهد ترکیب خاصی از این سه وجود ندارد.تعامل [249].

1.3.2.2 دو سیستم ترکیبی غیر کوردلان

دو پلی ساکارید طبیعی که خاصیت ژل ندارند، می توانند از طریق ترکیب، خواص ژل را نشان دهند و در نتیجه محصولات ژل تولید شوند [250].ترکیب صمغ لوبیا ملخ با صمغ زانتان اثر هم افزایی ایجاد می کند که باعث ایجاد ژل های جدید می شود [251].یک محصول ژل جدید را نیز می توان با افزودن صمغ زانتان به گلوکومانان کونیاک برای ترکیب به دست آورد [252].وی یانکسیا و همکارانخواص رئولوژیکی مجموعه صمغ لوبیا ملخ و صمغ زانتان را مورد مطالعه قرار داد.نتایج نشان می دهد که ترکیب صمغ لوبیا و صمغ زانتان اثر هم افزایی ایجاد می کند.وقتی نسبت حجمی ترکیب 4:6 باشد، قوی ترین اثر هم افزایی [253] است.فیتزیمونز و همکارانترکیب کونیاک گلوکومانان با صمغ زانتان در دمای اتاق و تحت حرارت.نتایج نشان داد که همه ترکیبات دارای خواص ژل هستند که منعکس کننده اثر هم افزایی بین این دو است.دمای ترکیب و وضعیت ساختاری صمغ زانتان تأثیری بر تعامل بین این دو نداشت [254].Guo Shoujun و دیگران ترکیب اصلی صمغ لوبیا مدفوع خوک و صمغ زانتان را مطالعه کردند و نتایج نشان داد که صمغ لوبیا مدفوع خوک و صمغ زانتان اثر هم افزایی قوی دارند.نسبت ترکیب بهینه صمغ لوبیا مدفوع خوک و چسب ترکیبی صمغ زانتان 6/4 (وزنی/وزنی) است.102 برابر محلول منفرد صمغ سویا است و ژل زمانی تشکیل می شود که غلظت صمغ مرکب به 0.4 درصد برسد.چسب مرکب دارای ویسکوزیته بالا، پایداری و خواص رئولوژیکی خوب است و یک صمغ غذایی عالی است [255].

1.3.3 سازگاری کامپوزیت های پلیمری

سازگاری، از نقطه نظر ترمودینامیکی، به دستیابی به سازگاری در سطح مولکولی اشاره دارد که به عنوان حلالیت متقابل نیز شناخته می شود.طبق نظریه مدل فلوری-هاگینز، تغییر انرژی آزاد سیستم ترکیب پلیمری در طول فرآیند ترکیب با فرمول انرژی آزاد گیبس مطابقت دارد:

△���=△���-T△S (1-1)

از جمله، △���انرژی آزاد پیچیده است، △���گرمای مختلط است، آنتروپی مختلط است.دمای مطلق است؛سیستم پیچیده تنها زمانی یک سیستم سازگار است که انرژی آزاد تغییر کند △���در طول فرآیند پیچیده [256].

مفهوم امتزاج پذیری از این واقعیت ناشی می شود که تعداد بسیار کمی از سیستم ها می توانند به سازگاری ترمودینامیکی دست یابند.امتزاج پذیری به توانایی اجزای مختلف برای تشکیل کمپلکس های همگن اشاره دارد و معیار رایج مورد استفاده این است که کمپلکس ها یک نقطه انتقال شیشه ای واحد را نشان می دهند.

متفاوت از سازگاری ترمودینامیکی، سازگاری تعمیم یافته به توانایی هر جزء در سیستم ترکیبی برای تطبیق با یکدیگر اشاره دارد که از دیدگاه عملی پیشنهاد شده است [257].

بر اساس سازگاری تعمیم یافته، سیستم های ترکیب پلیمری را می توان به سیستم های کاملاً سازگار، تا حدی سازگار و کاملاً ناسازگار تقسیم کرد.یک سیستم کاملاً سازگار به این معنی است که ترکیب از نظر ترمودینامیکی در سطح مولکولی قابل اختلاط است.یک سیستم تا حدی سازگار به این معنی است که ترکیب در محدوده دما یا ترکیب خاصی سازگار است.یک سیستم کاملاً ناسازگار به این معنی است که ترکیب در سطح مولکولی قابل امتزاج در هیچ دما یا ترکیبی نیست.

به دلیل تفاوت‌های ساختاری خاص و آنتروپی ساختاری بین پلیمرهای مختلف، اکثر سیستم‌های پیچیده پلیمری تا حدی سازگار یا ناسازگار هستند [11، 12].بسته به جداسازی فاز سیستم ترکیبی و سطح اختلاط، سازگاری سیستم تا حدی سازگار نیز بسیار متفاوت خواهد بود [11].خواص ماکروسکوپی کامپوزیت های پلیمری ارتباط نزدیکی با مورفولوژی میکروسکوپی داخلی آنها و خواص فیزیکی و شیمیایی هر جزء دارد.240]، بنابراین مطالعه مورفولوژی میکروسکوپی و سازگاری سیستم ترکیب از اهمیت بالایی برخوردار است.

روشهای تحقیق و شناسایی برای سازگاری ترکیبات دوتایی:

(1) دمای انتقال شیشه ای T���روش مقایسهمقایسه تی���از ترکیب با T���از اجزای آن، اگر فقط یک T���در ترکیب ظاهر می شود، سیستم ترکیبی یک سیستم سازگار است.اگر دو T وجود داشته باشد���، و دو T���موقعیت های ترکیب در دو گروه وسط نقاط T قرار دارند���نشان می دهد که سیستم ترکیبی یک سیستم تا حدی سازگار است.اگر دو T وجود داشته باشد���، و در موقعیت های دو جزء T قرار دارند���، نشان می دهد که سیستم مرکب یک سیستم ناسازگار است.

T���ابزارهای آزمایشی که اغلب در روش مقایسه مورد استفاده قرار می‌گیرند، آنالیزگر ترمومکانیکی دینامیکی (DMA) و کالری‌سنج اسکن تفاضلی (DSC) هستند.این روش می تواند به سرعت درباره سازگاری سیستم ترکیبی قضاوت کند، اما اگر T���از دو جزء مشابه است، یک T واحد���پس از ترکیب نیز ظاهر می شود، بنابراین این روش دارای کاستی های خاصی است [10].

(2) روش مشاهده مورفولوژیکی.ابتدا مورفولوژی ماکروسکوپی ترکیب را مشاهده کنید.اگر ترکیب دارای جداسازی فاز آشکار باشد، می توان در ابتدا قضاوت کرد که سیستم ترکیبی یک سیستم ناسازگار است.در مرحله دوم، مورفولوژی میکروسکوپی و ساختار فازی ترکیب با میکروسکوپ مشاهده می شود.دو جزء که کاملاً با هم سازگار هستند حالت همگن را تشکیل می دهند.بنابراین، ترکیب با سازگاری خوب می تواند توزیع فاز یکنواخت و اندازه ذرات فاز پراکنده کوچک را مشاهده کند.و رابط تار

ابزارهای آزمایشی که اغلب در روش مشاهده توپوگرافی استفاده می شوند، میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) هستند.روش مشاهده توپوگرافی می تواند به عنوان یک روش کمکی در ترکیب با سایر روش های مشخصه استفاده شود.

(3) روش شفافیت.در یک سیستم ترکیبی تا حدی سازگار، دو جزء می توانند در محدوده دما و ترکیب معینی سازگار باشند و جداسازی فاز فراتر از این محدوده اتفاق می افتد.در فرآیند تبدیل سیستم مرکب از یک سیستم همگن به یک سیستم دو فاز، ضریب عبور نور آن تغییر خواهد کرد، بنابراین می توان با مطالعه شفافیت ترکیب، سازگاری آن را بررسی کرد.

این روش تنها به عنوان یک روش کمکی قابل استفاده است، زیرا زمانی که ضریب شکست دو پلیمر یکسان باشد، ترکیبی که از ترکیب دو پلیمر ناسازگار به دست می آید نیز شفاف است.

(4) روش رئولوژیکی.در این روش ، از تغییر ناگهانی پارامترهای ویسکوالاستیک ترکیب به عنوان نشانه جداسازی فاز استفاده می شود ، به عنوان مثال ، از تغییر ناگهانی منحنی ویسکوزیته تا دمای برای نشان دادن جداسازی فاز و تغییر ناگهانی ظاهری استفاده می شود. منحنی دما استرس برشی به عنوان نشانه جداسازی فاز استفاده می شود.سیستم ترکیبی بدون جداسازی فاز پس از ترکیب ، سازگاری خوبی دارد ، و کسانی که از جداسازی فاز هستند سیستم ناسازگار یا تا حدی سازگار هستند [258].

(5) روش منحنی هان.منحنی هان lg است���'(���) lg G، اگر منحنی هان سیستم ترکیبی وابستگی به دما نداشته باشد و منحنی هان در دماهای مختلف یک منحنی اصلی را تشکیل دهد، سیستم ترکیبی سازگار است.اگر سیستم ترکیبی سازگار باشد، منحنی هان به دما وابسته است.اگر منحنی هان در دماهای مختلف از یکدیگر جدا شود و نتواند منحنی اصلی را تشکیل دهد، سیستم ترکیبی ناسازگار یا تا حدی سازگار است.بنابراین، سازگاری سیستم ترکیبی را می توان با توجه به جداسازی منحنی هان قضاوت کرد.

(6) روش ویسکوزیته محلول.این روش از تغییر ویسکوزیته محلول برای مشخص کردن سازگاری سیستم ترکیب استفاده می کند.تحت غلظت های مختلف محلول، ویسکوزیته ترکیب در برابر ترکیب رسم می شود.اگر رابطه خطی باشد به این معنی است که سیستم ترکیبی کاملاً سازگار است.اگر یک رابطه غیر خطی باشد، به این معنی است که سیستم ترکیبی تا حدی سازگار است.اگر منحنی S شکل باشد، نشان می دهد که سیستم ترکیبی کاملاً ناسازگار است [10].

(7) طیف سنجی مادون قرمز.پس از ترکیب دو پلیمر، اگر سازگاری خوب باشد، برهمکنش هایی مانند پیوندهای هیدروژنی وجود خواهد داشت و موقعیت باند گروه های مشخصه در طیف مادون قرمز هر گروه روی زنجیره پلیمری تغییر می کند.افست باندهای گروه مشخصه مجتمع و هر جزء می تواند در مورد سازگاری سیستم پیچیده قضاوت کند.

علاوه بر این، سازگاری کمپلکس‌ها را می‌توان با آنالایزرهای ترموگراویمتری، پراش اشعه ایکس، پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک، پراکندگی نور، پراکندگی الکترون نوترونی، رزونانس مغناطیسی هسته‌ای و تکنیک‌های فراصوت مورد مطالعه قرار داد [10].

1.3.4 پیشرفت تحقیقات هیدروکسی پروپیل متیل سلولز / ترکیب نشاسته هیدروکسی پروپیل

1.3.4.1 ترکیب هیدروکسی پروپیل متیل سلولز و سایر مواد

ترکیبات HPMC و سایر مواد عمدتاً در سیستم های رهاسازی کنترل شده با دارو و مواد بسته بندی فیلم خوراکی یا تجزیه پذیر استفاده می شود.در کاربرد رهاسازی کنترل شده با دارو، پلیمرهایی که اغلب با HPMC ترکیب می شوند شامل پلیمرهای مصنوعی مانند پلی وینیل الکل (PVA)، کوپلیمر اسید لاکتیک-گلیکولیک اسید (PLGA) و پلی کاپرولاکتون (PCL) و همچنین پروتئین ها، پلیمرهای طبیعی مانند پلی ساکاریدهاعبدالظاهر و همکارانترکیب ساختاری، پایداری حرارتی و ارتباط آن‌ها با عملکرد کامپوزیت‌های HPMC/PVA را بررسی کرد و نتایج نشان داد که در حضور این دو پلیمر مقداری امتزاج‌پذیری وجود دارد [259].ذبیحی و همکاراناز کمپلکس HPMC/PLGA برای تهیه میکروکپسول‌ها برای آزادسازی کنترل‌شده و پایدار انسولین استفاده کرد که می‌تواند به آزادسازی پایدار در معده و روده دست یابد [260].جاوید و همکارانHPMC هیدروفیل و PCL آبگریز را ترکیب کرد و از کمپلکس های HPMC/PCL به عنوان مواد میکروکپسولی برای رهش کنترل شده و پایدار دارو استفاده کرد که می توانست با تنظیم نسبت ترکیب در قسمت های مختلف بدن انسان آزاد شود [261].دینگ و همکارانخواص رئولوژیکی مانند ویسکوزیته، ویسکوالاستیسیته دینامیکی، بازیابی خزش، و تیکسوتروپی کمپلکس های HPMC/کلاژن مورد استفاده در زمینه رهایش کنترل شده دارو را مورد مطالعه قرار داد و راهنمایی های نظری را برای کاربردهای صنعتی ارائه کرد [262].آرتاناری، کای و رای و همکاران.[263-265] کمپلکس های HPMC و پلی ساکاریدها مانند کیتوزان، صمغ زانتان و آلژینات سدیم در فرآیند رهش پایدار واکسن و دارو به کار رفتند و نتایج یک اثر رهاسازی قابل کنترل دارو را نشان داد [263-265].

در توسعه مواد بسته بندی فیلم خوراکی یا تجزیه پذیر، پلیمرهایی که اغلب با HPMC ترکیب می شوند عمدتاً پلیمرهای طبیعی مانند لیپیدها، پروتئین ها و پلی ساکاریدها هستند.Karaca، Fagundes و Contreras-Oliva و همکاران.غشاهای کامپوزیتی خوراکی را با کمپلکس‌های HPMC/لیپیدی تهیه کرد و به ترتیب در نگهداری آلو، گوجه‌فرنگی و مرکبات استفاده کرد.نتایج نشان داد که غشاهای کمپلکس HPMC/لیپیدی اثر ضد باکتریایی خوبی در نگهداری تازه دارند [266-268].شتی، روبیلار و دینگ و همکاران.خواص مکانیکی، پایداری حرارتی، ریزساختار و برهمکنش‌های بین اجزای فیلم‌های کامپوزیتی خوراکی تهیه‌شده از HPMC، پروتئین ابریشم، ایزوله پروتئین آب پنیر و کلاژن را به ترتیب مورد مطالعه قرار داد [269-271].استقلال و همکارانفرمول HPMC با ژلاتین برای تهیه فیلم های خوراکی برای استفاده در مواد بسته بندی زیستی [111].پریا، کونداویتی، ساکاتا و اورتگا-تورو و همکاران.فیلم های کامپوزیت خوراکی HPMC/کیتوسان HPMC/xyloglucan، HPMC/اتیل سلولز و HPMC/نشاسته را به ترتیب تهیه کرد و پایداری حرارتی، خواص مکانیکی، ریزساختار و خواص ضد باکتریایی آنها را مورد مطالعه قرار داد [139، 272-274].ترکیب HPMC/PLA همچنین می‌تواند به عنوان یک ماده بسته‌بندی برای کالاهای غذایی، معمولاً با اکستروژن استفاده شود [275].

در توسعه مواد بسته بندی فیلم خوراکی یا تجزیه پذیر، پلیمرهایی که اغلب با HPMC ترکیب می شوند عمدتاً پلیمرهای طبیعی مانند لیپیدها، پروتئین ها و پلی ساکاریدها هستند.Karaca، Fagundes و Contreras-Oliva و همکاران.غشاهای کامپوزیتی خوراکی را با کمپلکس‌های HPMC/لیپیدی تهیه کرد و به ترتیب در نگهداری آلو، گوجه‌فرنگی و مرکبات استفاده کرد.نتایج نشان داد که غشاهای کمپلکس HPMC/لیپیدی اثر ضد باکتریایی خوبی در نگهداری تازه دارند [266-268].شتی، روبیلار و دینگ و همکاران.خواص مکانیکی، پایداری حرارتی، ریزساختار و برهمکنش‌های بین اجزای فیلم‌های کامپوزیتی خوراکی تهیه‌شده از HPMC، پروتئین ابریشم، ایزوله پروتئین آب پنیر و کلاژن را به ترتیب مورد مطالعه قرار داد [269-271].استقلال و همکارانفرمول HPMC با ژلاتین برای تهیه فیلم های خوراکی برای استفاده در مواد بسته بندی زیستی [111].پریا، کونداویتی، ساکاتا و اورتگا-تورو و همکاران.فیلم های کامپوزیت خوراکی HPMC/کیتوسان HPMC/xyloglucan، HPMC/اتیل سلولز و HPMC/نشاسته را به ترتیب تهیه کرد و پایداری حرارتی، خواص مکانیکی، ریزساختار و خواص ضد باکتریایی آنها را مورد مطالعه قرار داد [139، 272-274].ترکیب HPMC/PLA همچنین می‌تواند به عنوان یک ماده بسته‌بندی برای کالاهای غذایی، معمولاً با اکستروژن استفاده شود [275].

1.3.4.2 ترکیب نشاسته و سایر مواد

تحقیقات در مورد ترکیب نشاسته و سایر مواد در ابتدا بر روی مواد پلی استر آلیفاتیک آبگریز مختلف، از جمله پلی لاکتیک اسید (PLA)، پلی کاپرولاکتون (PCL)، پلی بوتن سوکسینیک اسید (PBSA) و غیره متمرکز شد. 276].مولر و همکارانساختار و خواص کامپوزیت های نشاسته/PLA و برهمکنش بین این دو را مورد مطالعه قرار داد و نتایج نشان داد که برهمکنش بین این دو ضعیف و خواص مکانیکی کامپوزیت ها ضعیف بود [277].کوریا، کومور و دیاز گومز و همکاران.خواص مکانیکی، خواص رئولوژیکی، خواص ژل و سازگاری دو جزء کمپلکس‌های نشاسته/ PCL را که برای توسعه مواد زیست تخریب‌پذیر، مواد زیست‌پزشکی و مواد داربست مهندسی بافت استفاده می‌شوند، مورد مطالعه قرار داد [278-280].اوکیکا و همکاراندریافتند که ترکیب نشاسته ذرت و PBSA بسیار امیدوارکننده است.هنگامی که محتوای نشاسته 5-30٪ است، افزایش محتوای دانه های نشاسته می تواند مدول را افزایش دهد و تنش کششی و ازدیاد طول در هنگام شکست را کاهش دهد [281,282].پلی استر آلیفاتیک هیدروفوب از نظر ترمودینامیکی با نشاسته هیدروفیل ناسازگار است و معمولاً سازگار کننده ها و افزودنی های مختلفی برای بهبود فصل مشترک فاز بین نشاسته و پلی استر اضافه می شود.Szadkowska، Ferri و Li et al.اثرات نرم کننده های مبتنی بر سیلانول، روغن بذر کتان انیدرید مالئیک و مشتقات روغن گیاهی عامل دار شده را به ترتیب بر ساختار و خواص کمپلکس های نشاسته/PLA مطالعه کردند [283-285].اورتگا-تورو، یو و همکاران.از اسید سیتریک و دی ایزوسیانات دی فنیل متان برای سازگاری ترکیب نشاسته/PCL و ترکیب نشاسته/PBSA به ترتیب برای بهبود خواص و پایداری مواد استفاده کرد [286، 287].

در سال های اخیر تحقیقات بیشتری در مورد ترکیب نشاسته با پلیمرهای طبیعی مانند پروتئین ها، پلی ساکاریدها و لیپیدها انجام شده است.Teklehaimanot، Sahin-Nadeen و Zhang و همکاران به ترتیب خواص فیزیکوشیمیایی نشاسته/زئین، پروتئین نشاسته/آب پنیر و کمپلکس‌های نشاسته/ژلاتین را مورد مطالعه قرار دادند و نتایج همگی به نتایج خوبی دست یافتند که می‌توان آن را در بیومواد غذایی و کپسول‌ها اعمال کرد [52, 288، 289].لوزانو-ناوارو، تالون و رن و همکاران.انتقال نور، خواص مکانیکی، خواص ضد باکتریایی و غلظت کیتوزان فیلم های کامپوزیت نشاسته/کیتوزان را به ترتیب مورد مطالعه قرار داد و عصاره های طبیعی، پلی فنول های چای و سایر عوامل ضد باکتری طبیعی را برای بهبود اثر ضد باکتریایی فیلم کامپوزیت اضافه کرد.نتایج تحقیق نشان می دهد که فیلم کامپوزیت نشاسته/کیتوسان پتانسیل بالایی در بسته بندی فعال مواد غذایی و دارو دارد [290-292].کاوشیک، قنبرزاده، آروانیتویانیس و ژانگ و همکاران.خواص نانوبلورهای نشاسته/سلولز، نشاسته/کربوکسی متیل سلولز، نشاسته/متیل سلولز و نشاسته/هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به ترتیب و کاربردهای اصلی در مواد بسته بندی خوراکی/تخریب پذیر را مورد مطالعه قرار داد [293-295].Dafe، Jumaidin و Lascombes و همکاران.ترکیبات نشاسته / صمغ مواد غذایی مانند نشاسته / پکتین، نشاسته / آگار و نشاسته / کاراگینان را که عمدتا در زمینه بسته بندی مواد غذایی و مواد غذایی استفاده می شود مورد مطالعه قرار داد [296-298].خواص فیزیکوشیمیایی نشاسته تاپیوکا/روغن ذرت، کمپلکس های نشاسته/لیپیدی توسط پرز، دی و همکاران، عمدتاً برای هدایت فرآیند تولید غذاهای اکسترود شده مورد مطالعه قرار گرفت [299، 300].

1.3.4.3 ترکیب هیدروکسی پروپیل متیل سلولز و نشاسته

در حال حاضر، مطالعات زیادی در مورد سیستم ترکیبی HPMC و نشاسته در داخل و خارج از کشور وجود ندارد و بیشتر آنها مقدار کمی از HPMC را به ماتریکس نشاسته اضافه می کنند تا پدیده پیری نشاسته را بهبود بخشد.جیمنز و همکاراناز HPMC برای کاهش پیری نشاسته بومی برای بهبود نفوذپذیری غشاهای نشاسته استفاده کرد.نتایج نشان داد که افزودن HPMC باعث کاهش پیری نشاسته و افزایش انعطاف پذیری غشای کامپوزیت شد.نفوذپذیری اکسیژن غشای کامپوزیت به طور قابل توجهی افزایش یافته است، اما عملکرد ضد آب افزایش یافته است.چقدر تغییر کرده است [301].ویلاکرس، باش و همکاران.ترکیب HPMC و نشاسته تاپیوکا برای تهیه مواد بسته‌بندی فیلم کامپوزیت HPMC/نشاسته، و اثر پلاستیک‌کننده گلیسیرین بر روی فیلم کامپوزیت و اثرات سوربات پتاسیم و نایسین بر خواص ضد باکتریایی فیلم کامپوزیت را مورد مطالعه قرار داد.نتایج نشان می‌دهد که با افزایش محتوای HPMC، مدول الاستیک و استحکام کششی فیلم کامپوزیت افزایش می‌یابد، ازدیاد طول در هنگام شکست کاهش می‌یابد و نفوذپذیری بخار آب تأثیر کمی دارد.سوربات پتاسیم و نایسین هر دو می توانند فیلم کامپوزیت را بهبود بخشند.اثر ضد باکتریایی دو عامل ضد باکتری زمانی بهتر است که با هم استفاده شوند [112، 302].اورتگا تورو و همکارانخواص غشاهای کامپوزیت فشرده HPMC/نشاسته را بررسی کرد و اثر اسید سیتریک را بر خواص غشاهای کامپوزیت مطالعه کرد.نتایج نشان داد که HPMC در فاز پیوسته نشاسته پراکنده شد و هر دو اسید سیتریک و HPMC بر پیری نشاسته تأثیر داشتند.تا حد معینی از بازداری [139].آیورنده و همکاراناز فیلم کامپوزیت HPMC/نشاسته برای پوشش آملودیپین خوراکی استفاده کرد و نتایج نشان داد که زمان تجزیه و سرعت انتشار فیلم کامپوزیت بسیار خوب بود [303].

ژائو مینگ و همکارانتأثیر نشاسته بر میزان احتباس آب فیلم‌های HPMC را مورد مطالعه قرار داد و نتایج نشان داد که نشاسته و HPMC اثر هم افزایی خاصی داشتند که منجر به افزایش کلی در نرخ احتباس آب شد [304].ژانگ و همکارانخواص فیلم ترکیب HPMC/HPS و خواص رئولوژیکی محلول را مطالعه کرد.نتایج نشان می‌دهد که سیستم ترکیبی HPMC/HPS سازگاری خاصی دارد، عملکرد غشای ترکیب خوب است و خواص رئولوژیکی HPS نسبت به HPMC دارای اثر متعادل کننده خوبی است [305، 306].مطالعات کمی در مورد سیستم ترکیبی HPMC/نشاسته با محتوای HPMC بالا وجود دارد و بیشتر آنها در تحقیقات عملکرد کم عمق هستند و تحقیقات نظری در مورد سیستم ترکیبی نسبتاً کم است، به ویژه ژل HPMC/HPS با گرمای سرد معکوس. ژل کامپوزیت فازمطالعات مکانیکی هنوز در حالت خالی هستند.

1.4 رئولوژی کمپلکس های پلیمری

در فرآیند پردازش مواد پلیمری، جریان و تغییر شکل ناگزیر رخ می دهد و رئولوژی علمی است که به مطالعه قوانین جریان و تغییر شکل مواد می پردازد [307].جریان یک ویژگی مواد مایع است، در حالی که تغییر شکل ویژگی مواد جامد (کریستالی) است.مقایسه کلی جریان مایع و تغییر شکل جامد به شرح زیر است:

در کاربردهای صنعتی عملی مواد پلیمری، ویسکوزیته و ویسکوالاستیسیته آنها عملکرد پردازش آنها را تعیین می کند.در فرآیند پردازش و قالب‌گیری، با تغییر نرخ برش، ویسکوزیته مواد پلیمری ممکن است دارای قدر زیاد و چندین مرتبه باشد.تغییر [308].خواص رئولوژیکی مانند ویسکوزیته و نازک شدن برشی به طور مستقیم بر کنترل پمپاژ، پرفیوژن، پراکندگی و پاشش در حین فرآوری مواد پلیمری تأثیر می گذارد و از مهمترین خواص مواد پلیمری است.

1.4.1 ویسکوالاستیسیته پلیمرها

تحت نیروی خارجی، مایع پلیمری نه تنها می تواند جریان یابد، بلکه تغییر شکل نیز نشان می دهد و نوعی عملکرد "ویسکوالاستیسیته" را نشان می دهد و ماهیت آن همزیستی "دو فاز جامد-مایع" است [309].با این حال، این ویسکوالاستیسیته ویسکوالاستیسیته خطی در تغییر شکل‌های کوچک نیست، بلکه ویسکوالاستیسیته غیرخطی است که در آن ماده تغییر شکل‌های بزرگ و تنش طولانی را نشان می‌دهد [310].

محلول آبی پلی ساکارید طبیعی هیدروسل نیز نامیده می شود.در محلول رقیق، ماکرومولکول های پلی ساکارید به شکل سیم پیچ هایی هستند که از یکدیگر جدا شده اند.هنگامی که غلظت به مقدار مشخصی افزایش می یابد، سیم پیچ های ماکرومولکولی به یکدیگر نفوذ کرده و روی یکدیگر همپوشانی دارند.این مقدار غلظت بحرانی [311] نامیده می شود.زیر غلظت بحرانی، ویسکوزیته محلول نسبتاً کم است و تحت تأثیر نرخ برش قرار نمی گیرد و رفتار سیال نیوتنی را نشان می دهد.هنگامی که غلظت بحرانی به دست می‌آید، ماکرومولکول‌هایی که در ابتدا به صورت مجزا حرکت می‌کنند شروع به درهم‌تنیدگی با یکدیگر می‌کنند و ویسکوزیته محلول به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.افزایش [312];در حالی که وقتی غلظت از غلظت بحرانی فراتر رود، نازک شدن برشی مشاهده می شود و محلول رفتار سیال غیر نیوتنی را نشان می دهد [245].

برخی از هیدروسول ها می توانند تحت شرایط خاصی ژل تشکیل دهند و خواص ویسکوالاستیک آنها معمولاً با مدول ذخیره سازی G'، مدول اتلاف G" و وابستگی فرکانس آنها مشخص می شود.مدول ذخیره سازی مربوط به کشش سیستم است، در حالی که مدول تلفات مربوط به ویسکوزیته سیستم است [311].در محلول‌های رقیق، هیچ درهم‌تنیدگی بین مولکول‌ها وجود ندارد، بنابراین در طیف وسیعی از فرکانس‌ها، G' بسیار کوچک‌تر از G″ است و وابستگی فرکانسی قوی نشان می‌دهد.از آنجایی که G′ و G″ به ترتیب با فرکانس ω و درجه دوم آن متناسب هستند، هنگامی که فرکانس بالاتر است، G′ > G″.هنگامی که غلظت بالاتر از غلظت بحرانی است، G' و G″ هنوز وابستگی فرکانسی دارند.هنگامی که فرکانس کمتر است، G' بر می‌گردند.

نقطه بحرانی که در آن یک هیدروسل پلی ساکارید طبیعی به ژل تبدیل می شود، نقطه ژل نامیده می شود.تعاریف زیادی از نقطه ژل وجود دارد و رایج ترین آن تعریف ویسکوالاستیسیته دینامیکی در رئولوژی است.وقتی مدول ذخیره سازی G' سیستم با مدول تلفات G' برابر است، نقطه ژل است و G' > G' تشکیل ژل [312، 313].

برخی از مولکول های پلی ساکارید طبیعی پیوندهای ضعیفی ایجاد می کنند و ساختار ژل آنها به راحتی از بین می رود و G' کمی بزرگتر از G است که وابستگی فرکانس کمتری را نشان می دهد.در حالی که برخی از مولکول های پلی ساکارید طبیعی می توانند مناطق پیوند متقابل پایداری را تشکیل دهند که ساختار ژل قوی تر است، G' بسیار بزرگتر از G″ است و وابستگی فرکانسی ندارد [311].

1.4.2 رفتار رئولوژیکی کمپلکس های پلیمری

برای یک سیستم ترکیبی پلیمری کاملاً سازگار، ترکیب یک سیستم همگن است و ویسکوالاستیسیته آن به طور کلی مجموع خواص یک پلیمر منفرد است و ویسکوالاستیسیته آن را می توان با قوانین تجربی ساده توصیف کرد [314].تمرین ثابت کرده است که سیستم همگن برای بهبود خواص مکانیکی آن مناسب نیست.در مقابل، برخی از سیستم‌های پیچیده با ساختارهای جداشده از فاز عملکرد عالی دارند [315].

سازگاری یک سیستم ترکیبی تا حدی سازگار تحت تأثیر عواملی مانند نسبت ترکیب سیستم، نرخ برش، دما و ساختار اجزاء، نشان دادن سازگاری یا جداسازی فاز خواهد بود و انتقال از سازگاری به جداسازی فاز اجتناب‌ناپذیر است.منجر به تغییرات قابل توجهی در ویسکوالاستیسیته سیستم می شود [316، 317].در سال های اخیر، مطالعات متعددی در مورد رفتار ویسکوالاستیک سیستم های پیچیده پلیمری تا حدی سازگار انجام شده است.این تحقیق نشان می‌دهد که رفتار رئولوژیکی سیستم ترکیبی در ناحیه سازگاری، ویژگی‌های سیستم همگن را نشان می‌دهد.در ناحیه جداسازی فاز، رفتار رئولوژیکی کاملاً متفاوت از ناحیه همگن و بسیار پیچیده است.

درک خواص رئولوژیکی سیستم ترکیب تحت غلظت‌های مختلف، نسبت‌های ترکیب، نرخ برش، دما و غیره برای انتخاب صحیح فناوری فرآوری، طراحی منطقی فرمول‌ها، کنترل دقیق کیفیت محصول و کاهش مناسب تولید از اهمیت بالایی برخوردار است. مصرف انرژی.[309].به عنوان مثال، برای مواد حساس به دما، ویسکوزیته مواد را می توان با تنظیم دما تغییر داد.و بهبود عملکرد پردازش؛منطقه نازک شدن برشی مواد را درک کنید، نرخ برش مناسب را برای کنترل عملکرد پردازش مواد انتخاب کنید و راندمان تولید را بهبود بخشید.

1.4.3 عوامل مؤثر بر خواص رئولوژیکی ترکیب

1.4.3.1 ترکیب

خواص فیزیکی و شیمیایی و ساختار داخلی سیستم ترکیبی بازتابی جامع از مشارکت ترکیبی خواص هر جزء و برهمکنش بین اجزا است.بنابراین خصوصیات فیزیکی و شیمیایی هر جزء خود نقش تعیین کننده ای در سیستم ترکیب دارد.درجه سازگاری بین پلیمرهای مختلف بسیار متفاوت است، برخی از آنها بسیار سازگار و برخی تقریباً کاملاً ناسازگار هستند.

1.4.3.2 نسبت سیستم مرکب

ویسکوالاستیسیته و خواص مکانیکی سیستم ترکیب پلیمری با تغییر نسبت ترکیب به طور قابل توجهی تغییر خواهد کرد.این به این دلیل است که نسبت ترکیب سهم هر جزء را در سیستم ترکیبی تعیین می کند و همچنین بر هر جزء تأثیر می گذارد.برهمکنش و توزیع فازXie Yajie و همکاران.کیتوزان/هیدروکسی پروپیل سلولز را مطالعه کرد و دریافت که ویسکوزیته ترکیب با افزایش محتوای هیدروکسی پروپیل سلولز به طور قابل توجهی افزایش می یابد [318].ژانگ یایوان و همکارانکمپلکس صمغ زانتان و نشاسته ذرت را مطالعه کرد و دریافت که وقتی نسبت صمغ زانتان 10 درصد بود، ضریب قوام، تنش عملکرد و شاخص سیال سیستم پیچیده به طور قابل توجهی افزایش یافت.بدیهی است [319].

1.4.3.3 نرخ برش

بیشتر مایعات پلیمری سیالات شبه پلاستیک هستند که با قانون جریان نیوتن مطابقت ندارند.ویژگی اصلی این است که ویسکوزیته اساساً تحت برش کم تغییر نمی کند و ویسکوزیته با افزایش نرخ برش به شدت کاهش می یابد [308، 320].منحنی جریان مایع پلیمری را می توان تقریباً به سه ناحیه تقسیم کرد: منطقه نیوتنی برش کم، منطقه نازک شدن برشی و منطقه پایداری برشی بالا.هنگامی که نرخ برش به صفر میل می کند، تنش و کرنش خطی می شوند و رفتار جریان مایع شبیه به سیال نیوتنی است.در این زمان ویسکوزیته به مقدار مشخصی تمایل پیدا می کند که به آن ویسکوزیته برشی صفر η0 می گویند.η0 حداکثر زمان شل شدن ماده را منعکس می کند و یک پارامتر مهم مواد پلیمری است که با میانگین وزن مولکولی پلیمر و انرژی فعال سازی جریان ویسکوز مرتبط است.در ناحیه نازک شدن برشی، با افزایش سرعت برش، ویسکوزیته به تدریج کاهش می یابد و پدیده نازک شدن برشی رخ می دهد.این منطقه یک منطقه جریان معمولی در پردازش مواد پلیمری است.در ناحیه پایداری برشی بالا، با ادامه افزایش نرخ برش، ویسکوزیته به یک ثابت دیگر گرایش پیدا می کند، ویسکوزیته برشی نامحدود η∞، اما دسترسی به این ناحیه معمولاً دشوار است.

1.4.3.4 دما

دما به طور مستقیم بر شدت حرکت حرارتی تصادفی مولکول‌ها تأثیر می‌گذارد، که می‌تواند به طور قابل‌توجهی بر تعاملات بین مولکولی مانند انتشار، جهت‌گیری زنجیره مولکولی و درهم‌تنیدگی تأثیر بگذارد.به طور کلی، در طول جریان مواد پلیمری، حرکت زنجیره های مولکولی به صورت قطعات انجام می شود.با افزایش دما، حجم آزاد افزایش می یابد و مقاومت جریان قطعات کاهش می یابد، بنابراین ویسکوزیته کاهش می یابد.با این حال، برای برخی از پلیمرها، با افزایش دما، ارتباط آبگریز بین زنجیره ها رخ می دهد، بنابراین ویسکوزیته در عوض افزایش می یابد.

پلیمرهای مختلف درجات مختلفی از حساسیت به دما دارند و همین پلیمر بالا تأثیرات متفاوتی بر عملکرد مکانیسم آن در محدوده‌های دمایی مختلف دارد.

1.5 اهمیت تحقیق، هدف تحقیق و محتوای تحقیق این موضوع

1.5.1 اهمیت تحقیق

اگرچه HPMC ماده ای ایمن و خوراکی است که به طور گسترده در زمینه مواد غذایی و دارویی مورد استفاده قرار می گیرد، اما دارای خواص خوب تشکیل فیلم، پخش کننده، ضخیم کننده و تثبیت کننده است.فیلم HPMC همچنین دارای شفافیت خوب، خواص مانع روغن و خواص مکانیکی است.با این حال، قیمت بالای آن (حدود 100000/تن) کاربرد گسترده آن را حتی در کاربردهای دارویی با ارزش بالاتر مانند کپسول ها محدود می کند.علاوه بر این، HPMC یک ژل القایی حرارتی است که در حالت محلول با ویسکوزیته کم در دمای پایین وجود دارد و می تواند در دمای بالا یک ژل جامد چسبناک تشکیل دهد، بنابراین فرآیندهای پردازش مانند پوشش، پاشش و غوطه وری باید انجام شود. در دمای بالا، که منجر به مصرف انرژی بالا و هزینه تولید بالا می شود.خواصی مانند ویسکوزیته کمتر و استحکام ژل HPMC در دماهای پایین، فرآیند پذیری HPMC را در بسیاری از کاربردها کاهش می دهد.

در مقابل، HPS یک ماده خوراکی ارزان (حدود 20000/تن) است که به طور گسترده در زمینه غذا و دارو نیز استفاده می شود.دلیل گران بودن HPMC این است که ماده اولیه سلولز مورد استفاده برای تهیه HPMC گرانتر از نشاسته ماده اولیه مورد استفاده برای تهیه HPS است.علاوه بر این، HPMC با دو جایگزین هیدروکسی پروپیل و متوکسی پیوند زده می شود.در نتیجه، فرآیند آماده سازی بسیار پیچیده است، بنابراین قیمت HPMC بسیار بالاتر از HPS است.این پروژه امیدوار است که برخی از HPMC های گران قیمت را با HPS های ارزان قیمت جایگزین کند و قیمت محصول را بر اساس حفظ عملکردهای مشابه کاهش دهد.

علاوه بر این، HPS یک ژل سرد است که در حالت ژل ویسکوالاستیک در دمای پایین وجود دارد و یک محلول روان در دمای بالا تشکیل می دهد.بنابراین افزودن HPS به HPMC می تواند دمای ژل HPMC را کاهش داده و ویسکوزیته آن را در دمای پایین افزایش دهد.و استحکام ژل، فرآیند پذیری آن را در دماهای پایین بهبود می بخشد.علاوه بر این، فیلم خوراکی HPS دارای خواص مانع اکسیژن خوبی است، بنابراین افزودن HPS به HPMC می‌تواند خواص مانع اکسیژن فیلم خوراکی را بهبود بخشد.

به طور خلاصه، ترکیب HPMC و HPS: اولاً، اهمیت نظری مهمی دارد.HPMC یک ژل گرم است و HPS یک ژل سرد است.با ترکیب این دو، از نظر تئوری یک نقطه گذار بین ژل گرم و سرد وجود دارد.استقرار سیستم ترکیبی ژل سرد و گرم HPMC/HPS و تحقیقات مکانیزم آن می‌تواند راه جدیدی را برای تحقیق در این نوع سیستم ترکیبی ژل فاز معکوس سرد و گرم ارائه دهد، راهنمایی نظری ایجاد شده است.ثانیاً، می تواند هزینه های تولید را کاهش دهد و سود محصول را بهبود بخشد.از طریق ترکیب HPS و HPMC می توان هزینه تولید را از نظر مواد اولیه و مصرف انرژی تولید کاهش داد و سود محصول را تا حد زیادی بهبود بخشید.ثالثاً، می تواند عملکرد پردازش را بهبود بخشد و برنامه را گسترش دهد.افزودن HPS می تواند غلظت و استحکام ژل HPMC را در دمای پایین افزایش دهد و عملکرد پردازش آن را در دمای پایین بهبود بخشد.علاوه بر این، عملکرد محصول را می توان بهبود بخشید.با افزودن HPS برای تهیه فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS، می توان ویژگی های مانع اکسیژن فیلم خوراکی را بهبود بخشید.

سازگاری سیستم ترکیب پلیمری می تواند مستقیماً مورفولوژی میکروسکوپی و خواص جامع ترکیب، به ویژه خواص مکانیکی را تعیین کند.بنابراین، مطالعه سازگاری سیستم ترکیبی HPMC/HPS بسیار مهم است.هر دو HPMC و HPS پلی ساکاریدهای آبدوست با واحد ساختاری واحد گلوکز و اصلاح شده توسط گروه عاملی یکسان هیدروکسی پروپیل هستند که سازگاری سیستم ترکیبی HPMC/HPS را تا حد زیادی بهبود می بخشد.با این حال، HPMC یک ژل سرد و HPS یک ژل گرم است و رفتار ژل معکوس این دو منجر به پدیده جداسازی فاز سیستم ترکیبی HPMC/HPS می شود.به طور خلاصه، مورفولوژی فاز و انتقال فاز سیستم کامپوزیت ژل سرد-گرم HPMC/HPS کاملاً پیچیده است، بنابراین سازگاری و جداسازی فاز این سیستم بسیار جالب خواهد بود.

ساختار مورفولوژیکی و رفتار رئولوژیکی سیستم های پیچیده پلیمری به هم مرتبط هستند.از یک طرف، رفتار رئولوژیکی در طول پردازش تأثیر زیادی بر ساختار مورفولوژیکی سیستم خواهد داشت.از سوی دیگر، رفتار رئولوژیکی سیستم می تواند به طور دقیق تغییرات در ساختار مورفولوژیکی سیستم را منعکس کند.بنابراین، مطالعه خواص رئولوژیکی سیستم ترکیبی HPMC/HPS برای هدایت تولید، پردازش و کنترل کیفیت از اهمیت بالایی برخوردار است.

خواص ماکروسکوپی مانند ساختار مورفولوژیکی، سازگاری و رئولوژی سیستم ترکیب ژل سرد و گرم HPMC/HPS دینامیک است و تحت تأثیر یک سری عوامل مانند غلظت محلول، نسبت ترکیب، سرعت برش و دما قرار دارد.رابطه بین ساختار مورفولوژیکی میکروسکوپی و خواص ماکروسکوپی سیستم کامپوزیت را می توان با کنترل ساختار مورفولوژیکی و سازگاری سیستم کامپوزیت تنظیم کرد.

1.5.2 هدف تحقیق

سیستم ترکیب ژل فاز معکوس سرد و گرم HPMC/HPS ساخته شد، خواص رئولوژیکی آن مورد مطالعه قرار گرفت و اثرات ساختار فیزیکی و شیمیایی اجزاء، نسبت ترکیب و شرایط پردازش بر روی خواص رئولوژیکی سیستم مورد بررسی قرار گرفت.فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS تهیه شد و خواص ماکروسکوپی مانند خواص مکانیکی، نفوذپذیری هوا و خواص نوری فیلم مورد مطالعه قرار گرفت و عوامل و قوانین تأثیرگذار بررسی شدند.به طور سیستماتیک انتقال فاز، سازگاری و جداسازی فاز سیستم پیچیده ژل فاز معکوس HPMC/HPS سرد و گرم را مطالعه کنید، عوامل و مکانیسم‌های تأثیرگذار آن را بررسی کنید، و رابطه بین ساختار مورفولوژیکی میکروسکوپی و خواص ماکروسکوپی را ایجاد کنید.ساختار مورفولوژیکی و سازگاری سیستم کامپوزیت برای کنترل خواص مواد کامپوزیت استفاده می شود.

1.5.3 محتوای تحقیق

به منظور دستیابی به هدف مورد انتظار تحقیق، این مقاله تحقیقات زیر را انجام خواهد داد:

(1) سیستم ترکیب ژل فاز معکوس سرد و گرم HPMC/HPS را بسازید و از یک رئومتر برای مطالعه خواص رئولوژیکی محلول ترکیب، به ویژه اثرات غلظت، نسبت ترکیب و سرعت برش بر ویسکوزیته و شاخص جریان استفاده کنید. سیستم ترکیبیتأثیر و قانون خواص رئولوژیکی مانند تیکسوتروپی و تیکسوتروپی مورد بررسی قرار گرفت و مکانیسم تشکیل ژل کامپوزیت سرد و گرم به طور مقدماتی مورد بررسی قرار گرفت.

(2) فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS تهیه شد و از میکروسکوپ الکترونی اسکن برای بررسی تأثیر خواص ذاتی هر مؤلفه و نسبت ترکیب بر مورفولوژی میکروسکوپی فیلم کامپوزیت استفاده شد.از تستر خاصیت مکانیکی برای مطالعه خواص ذاتی هر مؤلفه ، ترکیب فیلم کامپوزیت تأثیر نسبت و رطوبت نسبی محیطی بر خصوصیات مکانیکی فیلم کامپوزیت استفاده شد.استفاده از تستر میزان انتقال اکسیژن و اسپکتروفتومتر UV-VIS برای بررسی اثرات خصوصیات ذاتی اجزای و نسبت ترکیب بر خصوصیات اکسیژن و انتقال نور فیلم کامپوزیت سازگاری و جداسازی فاز HPMC/HPS سرد- سیستم کامپوزیت ژل معکوس گرم با اسکن میکروسکوپ الکترونی ، تجزیه و تحلیل ترموگراومتری و تجزیه و تحلیل ترمومکانیکی پویا مورد بررسی قرار گرفت.

(3) رابطه بین مورفولوژی میکروسکوپی و خواص مکانیکی سیستم کامپوزیت ژل معکوس سرد-گرم HPMC/HPS ایجاد شد.فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS تهیه شد و تأثیر غلظت ترکیب و نسبت ترکیب بر توزیع فاز و انتقال فاز نمونه با استفاده از میکروسکوپ نوری و روش رنگرزی ید مورد بررسی قرار گرفت.قانون تأثیر غلظت ترکیب و نسبت ترکیب بر خواص مکانیکی و خواص انتقال نور نمونه ها ایجاد شد.رابطه بین ریزساختار و خواص مکانیکی سیستم کامپوزیت ژل معکوس سرد-گرم HPMC/HPS مورد بررسی قرار گرفت.

(4) اثرات درجه جایگزینی HPS بر خواص رئولوژیکی و خواص ژل سیستم کامپوزیت ژل فاز معکوس سرد-گرم HPMC/HPS.اثرات درجه جایگزینی HPS، سرعت برش و دما بر ویسکوزیته و سایر خواص رئولوژیکی سیستم ترکیب، همچنین نقطه گذار ژل، وابستگی فرکانس مدول و سایر خواص ژل و قوانین آنها با استفاده از رئومتر مورد بررسی قرار گرفت.توزیع فاز وابسته به دما و انتقال فاز نمونه‌ها با رنگ‌آمیزی ید مورد مطالعه قرار گرفت و مکانیسم ژل‌سازی سیستم پیچیده ژل فاز معکوس سرد-گرم HPMC/HPS توصیف شد.

(5) اثرات اصلاح ساختار شیمیایی HPS بر خواص ماکروسکوپی و سازگاری سیستم کامپوزیت ژل فاز معکوس HPMC/HPS سرد-گرم.فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS تهیه شد و اثر درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS بر ساختار کریستالی و ساختار ریز دامنه فیلم کامپوزیت با استفاده از فناوری پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک تشعشع سنکروترون مورد مطالعه قرار گرفت.قانون تاثیر درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS بر روی خواص مکانیکی غشای کامپوزیت توسط تستر خواص مکانیکی مورد مطالعه قرار گرفت.قانون تأثیر درجه جایگزینی HPS بر نفوذپذیری اکسیژن غشای کامپوزیت توسط تستر نفوذپذیری اکسیژن مورد مطالعه قرار گرفت.اثر هیدروکسی پروپیل HPS درجه جایگزینی گروه بر پایداری حرارتی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS.

فصل 2 مطالعه رئولوژیکی سیستم ترکیبی HPMC/HPS

فیلم های خوراکی مبتنی بر پلیمر طبیعی را می توان با روش مرطوب نسبتا ساده تهیه کرد [321].ابتدا پلیمر در فاز مایع حل یا پراکنده می شود تا یک مایع خوراکی تشکیل دهنده فیلم یا سوسپانسیون سازنده فیلم تهیه شود و سپس با حذف حلال تغلیظ می شود.در اینجا معمولاً عملیات با خشک کردن در دمای کمی بالاتر انجام می شود.این فرآیند معمولاً برای تولید فیلم های خوراکی از پیش بسته بندی شده یا برای پوشش مستقیم محصول با محلول تشکیل دهنده فیلم با غوطه ور کردن، برس زدن یا پاشش استفاده می شود.طراحی پردازش فیلم خوراکی نیازمند به دست آوردن داده های رئولوژیکی دقیق مایع تشکیل دهنده فیلم است که برای کنترل کیفیت محصول فیلم ها و پوشش های بسته بندی خوراکی اهمیت زیادی دارد [322].

HPMC یک چسب حرارتی است که در دمای بالا به شکل ژل در می آید و در دمای پایین در حالت محلول قرار می گیرد.این خاصیت ژل حرارتی باعث می شود ویسکوزیته آن در دمای پایین بسیار پایین باشد که برای فرآیندهای تولید خاص مانند غوطه وری، برس زدن و غوطه وری مناسب نیست.عملکرد، که منجر به پردازش پذیری ضعیف در دماهای پایین می شود.در مقابل، HPS یک ژل سرد، یک حالت ژل چسبناک در دمای پایین و در دمای بالا است.حالت محلول با ویسکوزیته پایینبنابراین، از طریق ترکیب این دو، خواص رئولوژیکی HPMC مانند ویسکوزیته در دمای پایین را می توان تا حد معینی متعادل کرد.

این فصل بر روی اثرات غلظت محلول، نسبت ترکیب و دما بر روی خواص رئولوژیکی مانند ویسکوزیته برشی صفر، شاخص جریان و تیکسوتروپی سیستم ترکیب ژل معکوس HPMC/HPS تمرکز دارد.قانون جمع برای بحث مقدماتی در مورد سازگاری سیستم ترکیبی استفاده می شود.

2.2 روش تجربی

2.2.1 تهیه محلول ترکیبی HPMC/HPS

ابتدا HPMC و پودر خشک HPS را وزن کرده و با توجه به غلظت 15% (وزنی/وزنی) و نسبت های مختلف 10:0، 7:3، 5:5، 3:7، 0:10 مخلوط کنید.سپس 70 درجه سانتیگراد در آب C اضافه کنید، به سرعت به مدت 30 دقیقه با سرعت 120 دور در دقیقه هم بزنید تا HPMC کاملاً پراکنده شود.سپس محلول را تا دمای بالای 95 درجه سانتیگراد گرم کنید، به سرعت به مدت 1 ساعت با همان سرعت هم بزنید تا HPS کاملاً ژلاتینه شود.ژلاتینه شدن کامل شد پس از آن، دمای محلول به سرعت به 70 درجه سانتیگراد کاهش یافت و HPMC با هم زدن با سرعت آهسته 80 دور در دقیقه به مدت 40 دقیقه کاملاً حل شد.(همه w/w در این مقاله عبارتند از: جرم پایه خشک نمونه/ جرم کل محلول).

2.2.2 خواص رئولوژیکی سیستم ترکیبی HPMC/HPS

2.2.2.1 اصل آنالیز رئولوژیکی

رئومتر چرخشی مجهز به یک جفت گیره موازی بالا و پایین است و جریان برشی ساده از طریق حرکت نسبی بین گیره ها قابل تحقق است.رئومتر را می توان در حالت گام، حالت جریان و حالت نوسان آزمایش کرد: در حالت گام، رئومتر می تواند تنش گذرا را به نمونه اعمال کند، که عمدتا برای آزمایش پاسخ مشخصه گذرا و زمان حالت پایدار نمونه استفاده می شود.ارزیابی و پاسخ ویسکوالاستیک مانند آرامش استرس، خزش و بازیابی.در حالت جریان، رئومتر می تواند تنش خطی را به نمونه اعمال کند، که عمدتاً برای آزمایش وابستگی ویسکوزیته نمونه به نرخ برش و وابستگی ویسکوزیته به دما و تیکسوتروپی استفاده می شود.در حالت نوسان، رئومتر می تواند تنش نوسانی متناوب سینوسی ایجاد کند، که عمدتاً برای تعیین ناحیه ویسکوالاستیک خطی، ارزیابی پایداری حرارتی و دمای ژل شدن نمونه استفاده می شود.

2.2.2.2 روش تست حالت جریان

یک فیکسچر صفحه موازی با قطر 40 میلی متر استفاده شد و فاصله صفحه روی 0.5 میلی متر تنظیم شد.

1. ویسکوزیته با گذشت زمان تغییر می کند.دمای آزمایش 25 درجه سانتی گراد، سرعت برش 800 ثانیه بر ثانیه و زمان آزمایش 2500 ثانیه بود.

2. ویسکوزیته با نرخ برش متفاوت است.دمای آزمایش 25 درجه سانتی گراد، سرعت پیش برشی 800 ثانیه-1، زمان پیش برشی 1000 ثانیه؛نرخ برش 10²-10³s.

تنش برشی (τ) و نرخ برشی (γ) از قانون توان Ostwald-de Waele پیروی می کند:

̇τ=K.γ n (2-1)

که در آن τ تنش برشی، Pa است.

γ نرخ برش، s-1 است.

n شاخص نقدینگی است.

K ضریب ویسکوزیته، Pa·sn است.

رابطه بین ویسکوزیته (ŋ) محلول پلیمر و نرخ برش (γ) را می توان با مدول کارن برازش کرد:

در میان آنها،ŋ0ویسکوزیته برشی ، pa s ؛

ŋ∞ویسکوزیته برشی بی نهایت، Pa s است.

λ زمان آرامش است، s;

n شاخص نازک شدن برشی است.

3. روش تست تیکسوتروپی سه مرحله ای.دمای آزمایش 25 درجه سانتیگراد است.در مرحله ساکن، نرخ برش 1 ثانیه - 1 و زمان آزمایش 50 ثانیه است.بمرحله برشی، نرخ برش 1000 ثانیه و زمان آزمایش 20 ثانیه است.جفرآیند بازیابی سازه، نرخ برش 1 ثانیه - 1 و زمان آزمایش 250 ثانیه است.

در فرآیند بازیابی سازه، درجه بازیابی سازه پس از زمان های مختلف بازیابی با نرخ بازیابی ویسکوزیته بیان می شود:

DSR=ŋt ⁄ ŋ╳100%

در میان آنها،ŋt ویسکوزیته در زمان بازیابی سازه ts، Pa s است.

hŋویسکوزیته در پایان مرحله اول، Pa s است.

2.3 نتایج و بحث

2.3.1 تأثیر زمان برشی بر خواص رئولوژیکی سیستم ترکیبی

در یک نرخ برش ثابت، ویسکوزیته ظاهری ممکن است روندهای متفاوتی را با افزایش زمان برش نشان دهد.شکل 2-1 یک منحنی معمولی ویسکوزیته در مقابل زمان را در یک سیستم ترکیبی HPMC/HPS نشان می دهد.از شکل می توان دریافت که با افزایش زمان برش، ویسکوزیته ظاهری به طور مداوم کاهش می یابد.هنگامی که زمان برش به حدود 500 ثانیه می رسد، ویسکوزیته به حالت پایدار می رسد، که نشان می دهد ویسکوزیته سیستم ترکیبی تحت برش با سرعت بالا مقدار مشخصی دارد.وابستگی زمانی، یعنی تیکسوتروپی در محدوده زمانی مشخصی نشان داده می شود.

بنابراین، هنگام مطالعه قانون تغییر ویسکوزیته سیستم مرکب با نرخ برش، قبل از آزمایش برش واقعی حالت پایدار، یک دوره معینی از پیش برش با سرعت بالا لازم است تا تأثیر تیکسوتروپی بر سیستم ترکیبی از بین برود. .بنابراین، قانون تغییرات ویسکوزیته با نرخ برش به عنوان یک عامل منفرد به دست می آید.در این آزمایش ویسکوزیته همه نمونه ها قبل از 1000 ثانیه با سرعت برش بالا 800 1/s با زمان به حالت پایدار رسید که در اینجا رسم نشده است.بنابراین، در طراحی آزمایشی آینده، پیش برشی برای 1000 ثانیه با نرخ برشی بالای 800 1/s برای حذف اثر تیکسوتروپی همه نمونه‌ها اتخاذ شد.

2.3.2 تأثیر غلظت بر خواص رئولوژیکی سیستم ترکیب

به طور کلی، ویسکوزیته محلول های پلیمری با افزایش غلظت محلول افزایش می یابد.شکل 2-2 اثر غلظت بر وابستگی نرخ برشی ویسکوزیته فرمولاسیون HPMC/HPS را نشان می دهد.از شکل می بینیم که با همان سرعت برشی، ویسکوزیته سیستم ترکیبی به تدریج با افزایش غلظت محلول افزایش می یابد.ویسکوزیته محلول های ترکیبی HPMC/HPS با غلظت های مختلف به تدریج با افزایش سرعت برش کاهش یافت و پدیده نازک شدن برشی آشکار را نشان داد که نشان داد محلول های ترکیبی با غلظت های مختلف متعلق به سیالات شبه پلاستیک هستند.با این حال، وابستگی نرخ برشی ویسکوزیته روند متفاوتی را با تغییر غلظت محلول نشان داد.هنگامی که غلظت محلول کم است، پدیده نازک شدن برشی محلول کامپوزیت کوچک است.با افزایش غلظت محلول، پدیده نازک شدن برشی محلول مرکب آشکارتر می شود.

2.3.2.1 اثر غلظت بر ویسکوزیته برشی صفر سیستم ترکیبی

منحنی‌های نرخ ویسکوزیته-برشی سیستم ترکیب در غلظت‌های مختلف توسط مدل کارن برازش شدند و ویسکوزیته برشی صفر محلول ترکیب برون‌یابی شد (0.9960

که در آن k و m ثابت هستند.

در مختصات لگاریتمی مضاعف بسته به بزرگی شیب m می توان دید که وابستگی به غلظت دو روند متفاوت را ارائه می دهد.طبق نظریه دیو-ادواردز، در غلظت کم، شیب بیشتر است (m = 11.9، R2 = 0.9942)، که متعلق به محلول رقیق است.در حالی که در غلظت بالا، شیب نسبتا کم است (m = 2.8، R2 = 0.9822)، که متعلق به محلول زیر غلیظ است.بنابراین، غلظت بحرانی C* سیستم ترکیبی را می توان از طریق اتصال این دو ناحیه 8 درصد تعیین کرد.با توجه به رابطه مشترک بین حالت های مختلف و غلظت پلیمرها در محلول، مدل حالت مولکولی سیستم ترکیبی HPMC/HPS در محلول دمای پایین پیشنهاد شده است که در شکل 2-3 نشان داده شده است.

HPS یک ژل سرد است، در دمای پایین حالت ژل دارد و در دمای بالا حالت محلول دارد.در دمای آزمایش (25 درجه سانتیگراد)، HPS یک حالت ژل است، همانطور که در ناحیه شبکه آبی در شکل نشان داده شده است.در مقابل، HPMC یک ژل داغ است، در دمای آزمایش، همانطور که در مولکول خط قرمز نشان داده شده است، در حالت محلول است.

در محلول رقیق C

با افزایش غلظت، فاصله بین زنجیره های مولکولی مستقل و مناطق فاز به تدریج کاهش یافت.وقتی به غلظت بحرانی C* رسید، مولکول های HPMC در تعامل با فاز ژل HPS به تدریج افزایش می یابد و زنجیره های مولکولی HPMC مستقل شروع به اتصال به یکدیگر می کنند و فاز HPS را به عنوان مرکز ژل تشکیل می دهند و زنجیره های مولکولی HPMC در هم تنیده می شوند. و با یکدیگر مرتبط هستند.حالت میکروژل در شکل 2-2b نشان داده شده است.

با افزایش بیشتر غلظت، C > C*، فاصله بین فازهای ژل HPS بیشتر کاهش می‌یابد و زنجیره‌های پلیمری HPMC درهم‌تنیده و ناحیه فاز HPS پیچیده‌تر می‌شوند و برهمکنش شدیدتر می‌شود، بنابراین محلول رفتاری از خود نشان می‌دهد. مشابه مذاب های پلیمری، همانطور که در شکل 2-2c نشان داده شده است.

2.3.2.2 اثر غلظت بر رفتار سیال سیستم مرکب

قانون توان Ostwald-de Waele (نگاه کنید به فرمول (2-1)) برای برازش منحنی‌های تنش برشی و سرعت برشی (در متن نشان داده نشده است) سیستم ترکیبی با غلظت‌های مختلف و شاخص جریان n و ضریب ویسکوزیته استفاده می‌شود. K را می توان به دست آورد.، نتیجه برازش مطابق جدول 2-1 است.

جدول 2-1 شاخص رفتار جریان (n) و شاخص قوام مایع (K) محلول HPS/HPMC با غلظت های مختلف در 25 درجه سانتی گراد

توان جریان سیال نیوتنی n=1، توان جریان سیال کاذب n<1 است و هر چه n دورتر از 1 منحرف شود، شبه پلاستیسیته سیال قوی تر است و توان جریان سیال گشادکننده n>1 است. از جدول 2-1 می توان دریافت که n مقدار محلول های ترکیبی با غلظت های مختلف، همگی کمتر از 1 است، که نشان می دهد محلول های ترکیبی همگی سیالات شبه پلاستیک هستند.در غلظت های پایین، مقدار n محلول بازسازی شده نزدیک به 0 است که نشان می دهد محلول ترکیبی کم غلظت نزدیک به سیال نیوتنی است، زیرا در محلول ترکیبی با غلظت پایین، زنجیره های پلیمری مستقل از یکدیگر وجود دارند.با افزایش غلظت محلول، مقدار n سیستم ترکیبی به تدریج کاهش می یابد که نشان می دهد افزایش غلظت باعث افزایش رفتار شبه پلاستیک محلول ترکیب می شود.فعل و انفعالاتی مانند درهم تنیدگی بین و با فاز HPS رخ داد و رفتار جریان آن به مذاب های پلیمری نزدیک تر بود.

در غلظت کم، ضریب ویسکوزیته K سیستم ترکیبی کوچک است (C < 8٪، K < 1 Pa·sn) و با افزایش غلظت، مقدار K سیستم ترکیبی به تدریج افزایش می یابد که نشان می دهد ویسکوزیته سیستم ترکیب کاهش یافته است که با وابستگی غلظت ویسکوزیته برشی صفر مطابقت دارد.

2.3.3 تأثیر نسبت ترکیب بر خواص رئولوژیکی سیستم ترکیب

شکل 2-4 ویسکوزیته در مقابل نرخ برش محلول HPMC/HPS با نسبت مخلوط متفاوت در دمای 25 درجه سانتی گراد

جدول 2-2 شاخص رفتار جریان (n) و شاخص قوام مایع (K) محلول HPS/HPMC با نسبت ترکیبی مختلف در 25 درجه

شکل 2-4 اثر نسبت ترکیب را بر وابستگی نرخ برشی ویسکوزیته محلول ترکیبی HPMC/HPS نشان می دهد.از شکل مشاهده می شود که ویسکوزیته سیستم ترکیبی با محتوای HPS پایین (HPS < 20٪) با افزایش نرخ برش به طور قابل ملاحظه ای تغییر نمی کند، عمدتاً به این دلیل که در سیستم ترکیبی با محتوای HPS پایین، HPMC در حالت محلول است. در دمای پایین فاز پیوسته است.ویسکوزیته سیستم ترکیبی با محتوای HPS بالا به تدریج با افزایش نرخ برش کاهش می‌یابد که پدیده نازک شدن برشی آشکار را نشان می‌دهد که نشان می‌دهد محلول ترکیب سیال شبه پلاستیک است.با همان سرعت برشی، ویسکوزیته محلول ترکیب با افزایش محتوای HPS افزایش می‌یابد، که عمدتاً به این دلیل است که HPS در دمای پایین در حالت ژل چسبناک‌تری قرار دارد.

استفاده از قانون توان Ostwald-de Waele (نگاه کنید به فرمول (2-1)) برای برازش منحنی‌های تنش برشی - نرخ برشی (در متن نشان داده نشده است) سیستم‌های ترکیبی با نسبت‌های ترکیبی مختلف، توان جریان n و ضریب ویسکوزیته K، نتایج برازش در جدول 2-2 نشان داده شده است.از جدول می توان دریافت که 0.9869 < R2 < 0.9999، نتیجه برازش بهتر است.شاخص جریان n سیستم ترکیبی با افزایش محتوای HPS به تدریج کاهش می‌یابد، در حالی که ضریب ویسکوزیته K با افزایش محتوای HPS روند افزایشی تدریجی را نشان می‌دهد که نشان می‌دهد افزودن HPS باعث می‌شود محلول ترکیب ویسکوزتر و جریان آن دشوار باشد. .این روند با نتایج تحقیقات ژانگ مطابقت دارد، اما برای همان نسبت ترکیبی، مقدار n محلول مرکب بالاتر از نتیجه ژانگ است [305]، که عمدتاً به این دلیل است که در این آزمایش پیش برشی برای حذف اثر تیکسوتروپی انجام شد. حذف می شود؛نتیجه ژانگ نتیجه عمل ترکیبی تیکسوتروپی و سرعت برش است.تفکیک این دو روش به تفصیل در فصل 5 مورد بحث قرار خواهد گرفت.

2.3.3.1 تأثیر نسبت ترکیب بر ویسکوزیته برشی صفر سیستم ترکیب

رابطه بین خواص رئولوژیکی سیستم ترکیب پلیمری همگن و خواص رئولوژیکی اجزای سیستم با قانون جمع لگاریتمی مطابقت دارد.برای یک سیستم ترکیبی دو جزئی، رابطه بین سیستم مرکب و هر جزء را می توان با معادله زیر بیان کرد:

در میان آنها، F پارامتر خاصیت رئولوژیکی سیستم پیچیده است.

F1، F2 به ترتیب پارامترهای رئولوژیکی جزء 1 و جزء 2 هستند.

∅1 و ∅2 به ترتیب کسر جرمی جزء 1 و جزء 2 و ∅1 ∅2 هستند.

بنابراین، ویسکوزیته برشی صفر سیستم مرکب پس از ترکیب با نسبت های مختلف ترکیبی را می توان بر اساس اصل جمع لگاریتمی برای محاسبه مقدار پیش بینی شده مربوطه محاسبه کرد.مقادیر تجربی محلول‌های ترکیبی با نسبت‌های ترکیبی مختلف هنوز با برازش کارن منحنی نرخ ویسکوزیته-برشی برون‌یابی شد.مقدار پیش‌بینی‌شده ویسکوزیته برشی صفر سیستم ترکیبی HPMC/HPS با نسبت‌های ترکیبی مختلف با مقدار تجربی مقایسه می‌شود، همانطور که در شکل 2-5 نشان داده شده است.

قسمت خط نقطه در شکل ، مقدار پیش بینی شده ویسکوزیته برشی صفر محلول مرکب به دست آمده توسط قانون جمع لگاریتمی است و نمودار خط نقطه ای مقدار تجربی سیستم مرکب با نسبت های مختلف مرکب است.از این شکل می توان مشاهده کرد که مقدار تجربی محلول مرکب نسبت به قانون ترکیب ، یک تغییر مثبت منفی خاص را نشان می دهد ، نشان می دهد که سیستم ترکیبی نمی تواند به سازگاری ترمودینامیکی برسد ، و سیستم ترکیبی یک پراکندگی فاز مداوم است دمای پایین ساختار "دریای دریا" سیستم دو فاز.و با کاهش مداوم نسبت ترکیبات HPMC/HPS ، مرحله مداوم سیستم ترکیب پس از نسبت ترکیب 4: 6 تغییر کرد.در این فصل تحقیق به تفصیل مورد بحث قرار می گیرد.

از شکل می توان به وضوح مشاهده کرد که وقتی نسبت ترکیب HPMC/HPS بزرگ است، سیستم ترکیب دارای انحراف منفی است، که ممکن است به این دلیل باشد که HPS با ویسکوزیته بالا در حالت فاز پراکنده در فاز پیوسته HPMC با ویسکوزیته پایین توزیع می شود. .با افزایش محتوای HPS، یک انحراف مثبت در سیستم ترکیبی وجود دارد که نشان می‌دهد انتقال فاز پیوسته در سیستم ترکیبی در این زمان اتفاق می‌افتد.HPS با ویسکوزیته بالا به فاز پیوسته سیستم ترکیب تبدیل می شود، در حالی که HPMC در فاز پیوسته HPS در حالت یکنواخت تر پراکنده می شود.

2.3.3.2 تأثیر نسبت ترکیب بر رفتار سیال سیستم ترکیب

شکل 2-6 شاخص جریان n سیستم مرکب را به عنوان تابعی از محتوای HPS نشان می دهد.از آنجایی که شاخص جریان n از یک مختصات لگاریتمی لگاریتمی برازش می شود، n در اینجا یک مجموع خطی است.از شکل می توان دریافت که با افزایش محتوای HPS، شاخص جریان n سیستم ترکیبی به تدریج کاهش می یابد، که نشان می دهد HPS خواص سیال نیوتنی محلول ترکیب را کاهش می دهد و رفتار سیال شبه پلاستیک آن را بهبود می بخشد.قسمت پایین حالت ژل با ویسکوزیته بالاتر است.همچنین از شکل می توان دریافت که رابطه بین شاخص جریان سیستم مرکب و محتوای HPS با یک رابطه خطی مطابقت دارد (R2 برابر 0.98062 است)، این نشان می دهد که سیستم ترکیبی سازگاری خوبی دارد.

2.3.3.3 تأثیر نسبت ترکیب بر ضریب ویسکوزیته سیستم ترکیب

شکل 2-7 ضریب ویسکوزیته K محلول مرکب را به عنوان تابعی از محتوای HPS نشان می دهد.از این شکل می توان دید که مقدار K HPMC خالص بسیار اندک است ، در حالی که مقدار K HPS خالص بزرگترین است ، که مربوط به خصوصیات ژل HPMC و HPS است که به ترتیب در محلول و حالت ژل هستند دمای پایین.هنگامی که محتوای مؤلفه کم ویسکوزیته زیاد است ، یعنی وقتی محتوای HPS کم است ، ضریب ویسکوزیته محلول ترکیب نزدیک به مؤلفه کم ویسکوزیته HPMC است.در حالی که هنگامی که محتوای مؤلفه ویسکوزیته بالا زیاد است ، مقدار K محلول ترکیب با افزایش محتوای HPS به طور قابل توجهی افزایش می یابد ، که نشان می دهد HPS ویسکوزیته HPMC را در دمای پایین افزایش می دهد.این عمدتا نشان دهنده سهم ویسکوزیته فاز پیوسته در ویسکوزیته سیستم ترکیبی است.در موارد مختلف که مؤلفه کم ویسکوزیته فاز مداوم است و مؤلفه ویسکوزیته بالا فاز مداوم است ، سهم ویسکوزیته فاز مداوم در ویسکوزیته سیستم مرکب بدیهی است که متفاوت است.هنگامی که HPMC کم ویسکوزیته فاز مداوم است ، ویسکوزیته سیستم ترکیب به طور عمده منعکس کننده سهم ویسکوزیته فاز مداوم است.و هنگامی که HPS با ویسکوزیته بالا فاز پیوسته باشد، HPMC به عنوان فاز پراکنده، ویسکوزیته HPS با ویسکوزیته بالا را کاهش می دهد.اثر

2.3.4 تیکسوتروپی

از تیکسوتروپی می توان برای ارزیابی پایداری مواد یا سیستم های متعدد استفاده کرد، زیرا تیکسوتروپی می تواند اطلاعاتی در مورد ساختار داخلی و میزان آسیب تحت نیروی برشی به دست آورد [323-325].تیکسوتروپی را می توان با اثرات زمانی و تاریخچه برشی که منجر به تغییرات ریزساختاری می شود ارتباط داد [324، 326].روش تیکسوتروپیک سه مرحله ای برای بررسی اثر نسبت های مختلف ترکیب بر روی خواص تیکسوتروپیک سیستم ترکیبی مورد استفاده قرار گرفت.همانطور که از شکل های 2-5 مشاهده می شود، همه نمونه ها درجات مختلفی از تیکسوتروپی را نشان دادند.در نرخ های برشی کم، ویسکوزیته محلول ترکیب به طور قابل توجهی با افزایش محتوای HPS افزایش یافت که با تغییر ویسکوزیته برشی صفر با محتوای HPS سازگار بود.

درجه بازیابی ساختاری DSR نمونه‌های مرکب در زمان‌های بازیابی مختلف با فرمول (2-3)، همانطور که در جدول 2-1 نشان داده شده است، محاسبه می‌شود.اگر DSR <1 باشد، نمونه مقاومت برشی پایینی دارد و نمونه تیکسوتروپیک است.برعکس، اگر DSR > 1 باشد، نمونه دارای آنتی تیکسوتروپی است.از جدول، می بینیم که مقدار DSR HPMC خالص بسیار بالا است، تقریباً 1، این به این دلیل است که مولکول HPMC یک زنجیره سفت و سخت است و زمان شل شدن آن کوتاه است و ساختار به سرعت تحت نیروی برشی بالا بازیابی می شود.ارزش DSR HPS نسبتاً پایین است، که خاصیت تیکسوتروپیک قوی آن را تأیید می کند، عمدتاً به این دلیل که HPS یک زنجیره انعطاف پذیر است و زمان استراحت آن طولانی است.ساختار در بازه زمانی آزمایش به طور کامل بهبود نیافت.

برای محلول ترکیبی، در همان زمان بازیابی، زمانی که محتوای HPMC بیشتر از 70٪ است، DSR به سرعت با افزایش محتوای HPS کاهش می یابد، زیرا زنجیره مولکولی HPS یک زنجیره انعطاف پذیر است و تعداد زنجیره های مولکولی سفت و سخت در سیستم ترکیبی با افزودن HPS افزایش می یابد.اگر کاهش یابد، زمان شل شدن بخش کلی مولکولی سیستم ترکیبی طولانی می شود و تیکسوتروپی سیستم ترکیبی را نمی توان به سرعت تحت عمل برش بالا بازیابی کرد.هنگامی که محتوای HPMC کمتر از 70٪ باشد، DSR با افزایش محتوای HPS افزایش می‌یابد، که نشان می‌دهد برهم‌کنشی بین زنجیره‌های مولکولی HPS و HPMC در سیستم ترکیبی وجود دارد که سفتی کلی مولکولی را بهبود می‌بخشد. در سیستم مرکب بخش می شود و زمان آرامش سیستم مرکب را کوتاه می کند و تیکسوتروپی کاهش می یابد.

علاوه بر این، ارزش DSR سیستم ترکیبی به طور قابل‌توجهی کمتر از HPMC خالص بود، که نشان داد تیکسوتروپی HPMC به طور قابل‌توجهی با ترکیب بهبود یافته است.مقادیر DSR اکثر نمونه‌ها در سیستم ترکیبی بیشتر از HPS خالص بود، که نشان می‌دهد پایداری HPS تا حدی بهبود یافته است.

همچنین از جدول می توان دریافت که در زمان های مختلف بازیابی، مقادیر DSR همگی پایین ترین نقطه را نشان می دهند که محتوای HPMC 70٪ باشد و زمانی که محتوای نشاسته بیشتر از 60٪ باشد، مقدار DSR مجتمع بالاتر از از HPS خالص.مقادیر DSR در 10 ثانیه از همه نمونه‌ها بسیار نزدیک به مقادیر نهایی DSR است، که نشان می‌دهد که ساختار سیستم ترکیبی اساساً اکثر وظایف بازیابی ساختار را در 10 ثانیه انجام داده است.شایان ذکر است که نمونه های کامپوزیتی با محتوای HPS بالا در ابتدا روند افزایشی و سپس با طولانی شدن زمان بازیابی روند کاهشی را نشان دادند که نشان می دهد نمونه های کامپوزیت نیز در اثر برش کم درجه خاصی از تیکسوتروپی را نشان می دهند. ساختار آنها ناپایدارتر است.

تجزیه و تحلیل کیفی تیکسوتروپی سه مرحله ای با نتایج آزمایش حلقه تیکسوتروپیک گزارش شده مطابقت دارد، اما نتایج تجزیه و تحلیل کمی با نتایج آزمون حلقه تیکسوتروپیک مطابقت ندارد.تیکسوتروپی سیستم ترکیبی HPMC/HPS به روش حلقه تیکسوتروپیک با افزایش محتوای HPS اندازه گیری شد [305].انحطاط ابتدا کاهش یافت و سپس افزایش یافت.آزمایش حلقه تیکسوتروپیک تنها می تواند وجود پدیده تیکسوتروپیک را حدس بزند، اما نمی تواند آن را تایید کند، زیرا حلقه تیکسوتروپیک نتیجه عمل همزمان زمان برشی و سرعت برش است [325-327].

2.4 خلاصه این فصل

در این فصل، ژل حرارتی HPMC و ژل سرد HPS به عنوان مواد اولیه اصلی برای ساخت یک سیستم کامپوزیت دو فازی از ژل سرد و گرم استفاده شد.تأثیر خواص رئولوژیکی مانند ویسکوزیته، الگوی جریان و تیکسوتروپی.با توجه به رابطه مشترک بین حالت های مختلف و غلظت پلیمرها در محلول، مدل حالت مولکولی سیستم ترکیبی HPMC/HPS در محلول دمای پایین پیشنهاد شده است.با توجه به اصل جمع لگاریتمی خواص اجزای مختلف در سیستم مرکب، سازگاری سیستم مرکب مورد بررسی قرار گرفت.یافته های اصلی به شرح زیر است:

1. نمونه های مرکب با غلظت های مختلف، همگی درجه نازک شدن برشی مشخصی را نشان دادند و با افزایش غلظت، درجه نازک شدن برشی افزایش یافت.
2. با افزایش غلظت، شاخص جریان سیستم مرکب کاهش یافت و ویسکوزیته و ضریب ویسکوزیته برشی صفر افزایش یافت که نشان می‌دهد رفتار جامد مانند سیستم ترکیبی افزایش یافته است.
3. غلظت بحرانی (8٪) در سیستم ترکیبی HPMC/HPS وجود دارد، زیر غلظت بحرانی، زنجیره‌های مولکولی HPMC و ناحیه فاز ژل HPS در محلول ترکیب از یکدیگر جدا شده‌اند و به طور مستقل وجود دارند.هنگامی که غلظت بحرانی به دست می آید، در محلول ترکیب، یک حالت میکروژل با فاز HPS به عنوان مرکز ژل تشکیل می شود، و زنجیره های مولکولی HPMC در هم تنیده شده و به یکدیگر متصل می شوند.بالاتر از غلظت بحرانی، زنجیره‌های ماکرومولکولی HPMC شلوغ و درهم تنیدگی آنها با ناحیه فاز HPS پیچیده‌تر است و تعامل پیچیده‌تر است.شدیدتر است، بنابراین محلول مانند مذاب پلیمری عمل می کند.
4. نسبت ترکیب تأثیر قابل توجهی بر خواص رئولوژیکی محلول ترکیب HPMC/HPS دارد.با افزایش محتوای HPS، پدیده نازک شدن برشی سیستم مرکب آشکارتر می شود، شاخص جریان به تدریج کاهش می یابد و ویسکوزیته برشی صفر و ضریب ویسکوزیته به تدریج افزایش می یابد.افزایش می یابد، که نشان می دهد رفتار جامد مانند مجتمع به طور قابل توجهی بهبود یافته است.
5. ویسکوزیته برشی صفر سیستم ترکیبی نسبت به قانون جمع لگاریتمی انحراف مثبت-منفی خاصی را نشان می دهد.سیستم ترکیبی یک سیستم دو فازی با ساختار فاز پراکنده فاز پیوسته "دریا-جزیره" در دمای پایین است، و با کاهش نسبت ترکیب HPMC/HPS پس از 4:6، فاز پیوسته سیستم ترکیب تغییر کرد.
6. یک رابطه خطی بین شاخص جریان و نسبت ترکیب محلول های مرکب با نسبت های مختلف ترکیبی وجود دارد که نشان می دهد سیستم ترکیبی سازگاری خوبی دارد.
7. برای سیستم ترکیبی HPMC/HPS، زمانی که جزء کم ویسکوزیته فاز پیوسته و جزء با ویسکوزیته بالا فاز پیوسته است، سهم ویسکوزیته فاز پیوسته در ویسکوزیته سیستم ترکیب به طور قابل توجهی متفاوت است.هنگامی که HPMC با ویسکوزیته پایین فاز پیوسته است، ویسکوزیته سیستم ترکیبی عمدتاً منعکس کننده سهم ویسکوزیته فاز پیوسته است.در حالی که وقتی HPS با ویسکوزیته بالا فاز پیوسته است، HPMC به عنوان فاز پراکنده، ویسکوزیته HPS با ویسکوزیته بالا را کاهش می دهد.اثر
8. از تیکسوتروپی سه مرحله ای برای بررسی اثر نسبت ترکیب بر روی تیکسوتروپی سیستم ترکیبی استفاده شد.تیکسوتروپی سیستم ترکیبی روندی از کاهش و سپس افزایش با کاهش نسبت ترکیب HPMC/HPS را نشان داد.
9. نتایج تجربی فوق نشان می دهد که از طریق ترکیب HPMC و HPS، خواص رئولوژیکی این دو جزء مانند ویسکوزیته، پدیده نازک شدن برشی و تیکسوتروپی تا حد معینی متعادل شده است.

فصل 3 آماده سازی و خواص فیلم های کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

ترکیب پلیمری موثرترین راه برای دستیابی به مکمل عملکرد چند جزئی، توسعه مواد جدید با عملکرد عالی، کاهش قیمت محصول و گسترش دامنه کاربرد مواد است [240-242، 328].سپس، به دلیل تفاوت‌های ساختار مولکولی خاص و آنتروپی ساختاری بین پلیمرهای مختلف، اکثر سیستم‌های ترکیب پلیمری ناسازگار یا تا حدی سازگار هستند [11، 12].خواص مکانیکی و سایر خواص ماکروسکوپی سیستم ترکیب پلیمری ارتباط نزدیکی با خواص فیزیکوشیمیایی هر جزء، نسبت ترکیب هر جزء، سازگاری بین اجزا و ساختار میکروسکوپی داخلی و سایر عوامل دارد [240، 329].

از نظر ساختار شیمیایی، هر دو HPMC و HPS کوردلان آبدوست هستند، واحد ساختاری یکسانی دارند - گلوکز، و توسط گروه عملکردی یکسان - گروه هیدروکسی پروپیل اصلاح می شوند، بنابراین HPMC و HPS باید فاز خوبی داشته باشند.ظرفیت.با این حال، HPMC یک ژل القایی حرارتی است که در یک حالت محلول با ویسکوزیته بسیار کم در دمای پایین است و در دمای بالا یک کلوئید تشکیل می دهد.HPS یک ژل ناشی از سرما است که یک ژل با دمای پایین است و در دمای بالا در حالت محلول قرار دارد.شرایط و رفتار ژل کاملاً برعکس است.ترکیب HPMC و HPS برای تشکیل یک سیستم همگن با سازگاری خوب مساعد نیست.با در نظر گرفتن ساختار شیمیایی و ترمودینامیک، ترکیب HPMC با HPS برای ایجاد یک سیستم ترکیب ژل سرد-گرم از اهمیت نظری و ارزش عملی زیادی برخوردار است.

این فصل بر مطالعه خواص ذاتی اجزا در سیستم ترکیب ژل سرد و گرم HPMC/HPS، نسبت ترکیب و رطوبت نسبی محیط بر روی مورفولوژی میکروسکوپی، سازگاری و جداسازی فاز، خواص مکانیکی، خواص نوری تمرکز دارد. و خواص افت حرارتی سیستم ترکیبی.و تاثیر خواص ماکروسکوپی مانند خواص مانع اکسیژن.

3.1 مواد و تجهیزات

3.1.1 مواد آزمایشی اصلی

3.1.2 ابزار و تجهیزات اصلی

3.2 روش تجربی

3.2.1 تهیه فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

پودر خشک 15 درصد (وزنی/وزنی) HPMC و HPS با 3 درصد (وزنی/وزنی) مخلوط شد. نرم کننده پلی اتیلن گلیکول در آب دیونیزه ترکیب شد تا مایع تشکیل دهنده فیلم ترکیب شده و فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/ HPS به روش ریخته گری تهیه شد.

روش تهیه: ابتدا پودر خشک HPMC و HPS را وزن کرده و آنها را با توجه به نسبت های مختلف مخلوط کنید.سپس به آب 70 درجه سانتیگراد اضافه کنید و به سرعت با سرعت 120 دور در دقیقه به مدت 30 دقیقه هم بزنید تا HPMC کاملاً پراکنده شود.سپس محلول را تا دمای بالای 95 درجه سانتیگراد گرم کنید، به سرعت با همان سرعت به مدت 1 ساعت هم بزنید تا HPS کاملاً ژلاتینه شود.پس از اتمام ژلاتینه شدن، دمای محلول به سرعت به 70 درجه سانتیگراد کاهش می یابد و محلول با سرعت آهسته 80 دور در دقیقه به مدت 40 دقیقه به هم زده می شود.HPMC را کاملاً حل کنید.20 گرم از محلول تشکیل دهنده فیلم مخلوط را در یک پتری پلی استایرن به قطر 15 سانتی متر ریخته و آن را صاف ریخته و در دمای 37 درجه سانتی گراد خشک کنید.فیلم خشک شده از دیسک جدا می شود تا یک غشای کامپوزیت خوراکی به دست آید.

فیلم‌های خوراکی همگی در رطوبت 57 درصد برای بیش از 3 روز قبل از آزمایش متعادل شدند، و بخش فیلم خوراکی مورد استفاده برای آزمایش خواص مکانیکی در رطوبت 75 درصد برای بیش از 3 روز متعادل شد.

3.2.2 میکرومورفولوژی فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

3.2.2.1 اصل تحلیل میکروسکوپ الکترونی روبشی

تفنگ الکترونی در بالای میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) می تواند مقدار زیادی الکترون ساطع کند.پس از کاهش و تمرکز، می تواند یک پرتو الکترونی با انرژی و شدت خاصی تشکیل دهد.رانده شده توسط میدان مغناطیسی سیم پیچ اسکن، با توجه به نظم زمانی و مکانی خاص، سطح نمونه را نقطه به نقطه اسکن کنید.با توجه به تفاوت در خصوصیات سطح ریز، برهمکنش بین نمونه و پرتو الکترونی سیگنال های الکترونی ثانویه با شدت های مختلف تولید می کند که توسط آشکارساز جمع آوری شده و به سیگنال های الکتریکی تبدیل می شود که توسط ویدئو تقویت می شود. و ورودی به شبکه لوله تصویر، پس از تنظیم روشنایی لوله تصویر، می توان یک تصویر الکترونی ثانویه به دست آورد که می تواند مورفولوژی و ویژگی های ریز ناحیه را در سطح نمونه منعکس کند.در مقایسه با میکروسکوپ‌های نوری سنتی، وضوح SEM نسبتاً بالا است، حدود 3 نانومتر تا 6 نانومتر از لایه سطحی نمونه، که برای مشاهده ویژگی‌های ریز ساختار روی سطح مواد مناسب‌تر است.

3.2.2.2 روش تست

فیلم خوراکی برای خشک کردن در یک خشک کن قرار داده شد و یک اندازه مناسب از فیلم خوراکی انتخاب شد و با چسب رسانا روی مرحله نمونه مخصوص SEM چسبانده شد و سپس با پوشش خلاء روکش طلا شد.در طول آزمایش، نمونه در SEM قرار گرفت و مورفولوژی میکروسکوپی نمونه با بزرگنمایی 300 برابر و 1000 برابر تحت ولتاژ شتاب پرتو الکترونی 5 کیلو ولت مشاهده و عکسبرداری شد.

3.2.3 عبور نور از فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

3.2.3.1 اصل آنالیز اسپکتروفتومتری UV-Vis

اسپکتروفتومتر UV-Vis می تواند نوری با طول موج 200 تا 800 نانومتر ساطع کند و آن را بر روی جسم تابش کند.برخی از طول موج های خاص نور در نور فرودی توسط مواد جذب می شوند و انتقال سطح انرژی ارتعاشی مولکولی و انتقال سطح انرژی الکترونیکی رخ می دهد.از آنجایی که هر ماده دارای ساختارهای فضایی مولکولی، اتمی و مولکولی متفاوتی است، هر ماده دارای طیف جذبی خاص خود است و محتوای ماده را می توان با توجه به سطح جذب در برخی از طول موج های خاص در طیف جذبی تعیین یا تعیین کرد.بنابراین، آنالیز اسپکتروفتومتری UV-Vis یکی از ابزارهای موثر برای مطالعه ترکیب، ساختار و برهمکنش مواد است.

هنگامی که یک پرتو نور به یک جسم برخورد می کند، بخشی از نور فرودی توسط جسم جذب می شود و قسمت دیگر نور فرودی از طریق جسم منتقل می شود.نسبت شدت نور عبوری به شدت نور فرودی میزان عبور است.

فرمول رابطه بین جذب و گذر:

در میان آنها، A جذب است.

T ضریب انتقال است.

جذب نهایی به طور یکنواخت با جذب × 0.25 میلی متر / ضخامت اصلاح شد.

3.2.3.2 روش تست

5 ٪ HPMC و HPS محلول ها را آماده کنید ، آنها را مطابق با نسبت های مختلف مخلوط کنید ، 10 گرم محلول فیلم سازی را درون یک ظرف پلی استایرن پتری با قطر 15 سانتی متر بریزید و آنها را در 37 درجه سانتیگراد خشک کنید تا یک فیلم تشکیل شود.فیلم خوراکی را در یک نوار مستطیل شکل 1 میلی متر × 3 میلی متر برش دهید ، آن را درون کیت قرار دهید و فیلم خوراکی را نزدیک به دیواره داخلی Cuvette قرار دهید.از طیف سنج WFZ UV-3802 UV-VIS برای اسکن نمونه ها در طول موج کامل 200-800 نانومتر استفاده شد و هر نمونه 5 بار مورد آزمایش قرار گرفت.

3.2.4 خواص حرارتی دینامیکی فیلم های کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

3.2.4.1 اصل تحلیل ترمومکانیکی دینامیکی

تجزیه و تحلیل حرارتی دینامیکی (DMA) ابزاری است که می تواند رابطه بین جرم و دمای نمونه را تحت یک بار شوک مشخص و دمای برنامه ریزی شده اندازه گیری کند و می تواند خواص مکانیکی نمونه را تحت تأثیر تنش و زمان متناوب دوره ای آزمایش کند. دما و دمارابطه فرکانس

پلیمرهای مولکولی بالا دارای خواص ویسکوالاستیک هستند که می توانند انرژی مکانیکی مانند الاستومر را از یک طرف ذخیره کنند و از طرف دیگر انرژی مانند مخاط مصرف کنند.هنگامی که نیروی متناوب متناوب اعمال می شود، بخش الاستیک انرژی را به انرژی پتانسیل تبدیل کرده و آن را ذخیره می کند.در حالی که قسمت چسبناک انرژی را به انرژی گرمایی تبدیل می کند و آن را از دست می دهد.مواد پلیمری به طور کلی دو حالت از حالت شیشه ای با دمای پایین و حالت لاستیکی درجه حرارت بالا را نشان می دهند و دمای انتقال بین دو حالت دمای انتقال شیشه است.دمای انتقال شیشه به طور مستقیم بر ساختار و خصوصیات مواد تأثیر می گذارد و یکی از مهمترین درجه حرارت مشخصه پلیمرها است.

با تجزیه و تحلیل خواص ترمومکانیکی دینامیکی پلیمرها، می توان ویسکوالاستیسیته پلیمرها را مشاهده کرد و پارامترهای مهمی را که عملکرد پلیمرها را تعیین می کند، به دست آورد تا بتوان آنها را بهتر در محیط استفاده واقعی اعمال کرد.علاوه بر این، آنالیز ترمومکانیکی دینامیکی به انتقال شیشه، جداسازی فاز، اتصال عرضی، تبلور و حرکت مولکولی در تمام سطوح بخش‌های مولکولی بسیار حساس است و می‌تواند اطلاعات زیادی در مورد ساختار و خواص پلیمرها به دست آورد.اغلب برای مطالعه مولکول های پلیمرها استفاده می شود.رفتار حرکتیبا استفاده از حالت جابجایی دمایی DMA، وقوع انتقال فاز مانند انتقال شیشه ای را می توان آزمایش کرد.در مقایسه با DSC، DMA حساسیت بالاتری دارد و برای تجزیه و تحلیل مواد شبیه سازی استفاده واقعی مناسب تر است.

3.2.4.2 روش تست

نمونه های تمیز، یکنواخت، مسطح و بدون آسیب را انتخاب کنید و آنها را به نوارهای مستطیل شکل 10mm×20mm برش دهید.نمونه ها در حالت کششی با استفاده از تحلیلگر ترمومکانیکی دینامیکی Pydris Diamond از PerkinElmer، ایالات متحده آمریکا مورد آزمایش قرار گرفتند.محدوده دمای آزمایش 25 تا 150 درجه سانتیگراد، سرعت گرمایش 2 درجه سانتیگراد در دقیقه، فرکانس 1 هرتز بود و آزمایش برای هر نمونه دو بار تکرار شد.در طول آزمایش، مدول ذخیره سازی (E') و مدول تلفات (E") نمونه ثبت شد و نسبت مدول تلفات به مدول ذخیره سازی، یعنی زاویه مماس tan δ نیز قابل محاسبه بود.

3.2.5 پایداری حرارتی فیلم های کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

3.2.5.1 اصل آنالیز ترموگراویمتری

آنالایزر وزنی حرارتی (TGA) می تواند تغییر جرم یک نمونه را با دما یا زمان در دمای برنامه ریزی شده اندازه گیری کند و می تواند برای مطالعه تبخیر، ذوب، تصعید، کم آبی، تجزیه و اکسیداسیون مواد در طول فرآیند گرمایش استفاده شود. .و سایر پدیده های فیزیکی و شیمیایی.منحنی رابطه بین جرم ماده و دما (یا زمان) که مستقیماً پس از آزمایش نمونه به دست می‌آید، گرما وزنی (منحنی TGA) نامیده می‌شود.کاهش وزن و سایر اطلاعات.منحنی حرارتی مشتق (منحنی DTG) را می توان پس از مشتق مرتبه اول منحنی TGA به دست آورد که منعکس کننده تغییر نرخ کاهش وزن نمونه آزمایش شده با دما یا زمان است و نقطه اوج حداکثر نقطه ثابت است. نرخ.

3.2.5.2 روش تست

فیلم خوراکی را با ضخامت یکنواخت انتخاب کنید، آن را به صورت دایره ای با قطر مشابه دیسک آزمایش آنالایزر گرما سنجی برش دهید و سپس آن را صاف روی دیسک آزمایش قرار دهید و آن را در فضای نیتروژن با سرعت جریان 20 میلی لیتر در دقیقه آزمایش کنید. .محدوده دما 30 تا 700 درجه سانتیگراد، سرعت گرمایش 10 درجه سانتیگراد در دقیقه بود و هر نمونه دو بار آزمایش شد.

3.2.6.1 اصل تحلیل خواص کششی

3.2.6 خواص کششی فیلم های کامپوزیتی خوراکی HPMC/HPS

تستر خواص مکانیکی می تواند بار کششی ایستا را به اسپلین در امتداد محور طولی تحت شرایط خاص دما، رطوبت و سرعت اعمال کند تا زمانی که اسپلین شکسته شود.در طول آزمایش، بار وارد شده به اسپلین و مقدار تغییر شکل آن توسط دستگاه تستر خواص مکانیکی ثبت شد و منحنی تنش-کرنش در طول تغییر شکل کششی اسپلین رسم شد.از منحنی تنش-کرنش، استحکام کششی (ζt)، ازدیاد طول در شکست (εb) و مدول الاستیک (E) را می توان برای ارزیابی خواص کششی فیلم محاسبه کرد.

رابطه تنش-کرنش مواد را به طور کلی می توان به دو بخش تقسیم کرد: ناحیه تغییر شکل الاستیک و ناحیه تغییر شکل پلاستیک.در ناحیه تغییر شکل الاستیک، تنش و کرنش ماده رابطه خطی دارند و تغییر شکل در این زمان می‌تواند به طور کامل بازیابی شود که مطابق با قانون کوک است.در ناحیه تغییر شکل پلاستیک، تنش و کرنش ماده دیگر خطی نیست و تغییر شکلی که در این زمان اتفاق می‌افتد غیرقابل برگشت است، در نهایت ماده می‌شکند.

فرمول محاسبه مقاومت کششی:

از کجا: مقاومت کششی ، MPA ؛

P حداکثر بار یا بار شکستن است ، n ؛

B عرض نمونه ، میلی متر است.

D ضخامت نمونه ، میلی متر است.

فرمول محاسبه کشیدگی در زمان استراحت:

جایی که: εb کشیدگی در زمان استراحت ، ٪ ؛

L فاصله بین خطوط علامت گذاری هنگام شکستن نمونه، میلی متر است.

L0 طول سنج اصلی نمونه، میلی متر است.

فرمول محاسبه مدول الاستیک:

در میان آنها: E مدول الاستیک ، MPA است.

ζ تنش، MPa است.

ε کرنش است.

3.2.6.2 روش تست

نمونه های تمیز، یکنواخت، مسطح و بدون آسیب را انتخاب کنید، به استاندارد ملی GB13022-91 مراجعه کنید و آنها را به خطوط دمبلی شکل با طول کلی 120 میلی متر، فاصله اولیه بین وسایل 86 میلی متر، فاصله بین علامت ها 40 میلی متر و عرض 10 میلی متراسپلاین ها در رطوبت 75% و 57% (در فضایی از محلول کلرید سدیم اشباع و محلول برومید سدیم) قرار گرفتند و قبل از اندازه گیری به مدت بیش از 3 روز متعادل شدند.در این آزمایش از دستگاه سنجش خواص مکانیکی ASTM D638، 5566 شرکت Instron ایالات متحده و گیره پنوماتیک 2712-003 آن برای آزمایش استفاده شده است.سرعت کشش 10 میلی متر در دقیقه بود و نمونه 7 بار تکرار شد و مقدار متوسط ​​محاسبه شد.

3.2.7 نفوذپذیری اکسیژن فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS

3.2.7.1 اصل تجزیه و تحلیل نفوذپذیری اکسیژن

پس از نصب نمونه آزمایشی، حفره آزمایش به دو قسمت A و B تقسیم می شود.یک جریان اکسیژن با خلوص بالا با سرعت جریان معین به حفره A و یک جریان نیتروژن با سرعت جریان معین به حفره B منتقل می شود.در طی فرآیند آزمایش، حفره A اکسیژن از طریق نمونه به حفره B نفوذ می کند و اکسیژن نفوذ یافته به حفره B توسط جریان نیتروژن حمل می شود و حفره B را ترک می کند تا به حسگر اکسیژن برسد.سنسور اکسیژن میزان اکسیژن موجود در جریان نیتروژن را اندازه گیری می کند و یک سیگنال الکتریکی مربوطه را خروجی می دهد و در نتیجه اکسیژن نمونه را محاسبه می کند.عبور.

3.2.7.2 روش تست

فیلم های کامپوزیتی خوراکی آسیب دیده را انتخاب کنید، آنها را به نمونه های الماسی شکل 10.16 در 10.16 سانتی متر برش دهید، سطوح لبه گیره ها را با گریس خلاء بپوشانید و نمونه ها را به بلوک آزمایش گیره دهید.تست شده بر اساس ASTM D-3985، هر نمونه دارای مساحت آزمایش 50 سانتی متر مربع است.

3.3 نتیجه و بحث

3.3.1 تجزیه و تحلیل ریزساختار فیلم های کامپوزیت خوراکی

برهمکنش بین اجزای مایع تشکیل دهنده فیلم و شرایط خشک کردن، ساختار نهایی فیلم را تعیین می کند و به طور جدی بر خواص فیزیکی و شیمیایی مختلف فیلم تأثیر می گذارد [330، 331].خواص ذاتی ژل و نسبت ترکیب هر جزء می تواند بر مورفولوژی ترکیب تأثیر بگذارد، که بیشتر بر ساختار سطح و خواص نهایی غشا تأثیر می گذارد [301، 332].بنابراین، تجزیه و تحلیل ریزساختاری فیلم‌ها می‌تواند اطلاعات مرتبطی در مورد بازآرایی مولکولی هر جزء ارائه دهد، که به نوبه خود می‌تواند به ما در درک بهتر خواص مانع، خواص مکانیکی و خواص نوری فیلم‌ها کمک کند.

میکروسکوپ الکترونی روبشی سطحی فیلم های خوراکی HPS/HPMC با نسبت های مختلف در شکل 3-1 نشان داده شده است.همانطور که از شکل 3-1 مشاهده می شود، برخی از نمونه ها ریز ترک هایی را روی سطح نشان دادند که ممکن است در اثر کاهش رطوبت نمونه در طول آزمایش، یا در اثر حمله پرتو الکترونی در حفره میکروسکوپ ایجاد شود [122]. ، 139].در شکل ، غشای HPS خالص و HPMC خالص.غشاها سطوح میکروسکوپی نسبتاً صافی را نشان دادند و ریزساختار غشاهای HPS خالص نسبت به غشاهای HPMC خالص همگن و صاف‌تر بود، که ممکن است عمدتاً به دلیل ماکرومولکول‌های نشاسته (مولکول‌های آمیلوز و مولکول‌های آمیلوپکتین) در طول فرآیند خنک‌سازی باشد.) به بازآرایی مولکولی بهتری دست یافت. در محلول آبیبسیاری از مطالعات نشان داده اند که سیستم آمیلوز-آمیلوپکتین-آب در فرآیند خنک سازی

ممکن است یک مکانیسم رقابتی بین تشکیل ژل و جداسازی فاز وجود داشته باشد.اگر سرعت جداسازی فاز کمتر از سرعت تشکیل ژل باشد، جداسازی فاز در سیستم اتفاق نمی‌افتد، در غیر این صورت، جداسازی فاز در سیستم رخ می‌دهد [333، 334].علاوه بر این، زمانی که محتوای آمیلوز از 25% فراتر رود، ژلاتینه شدن آمیلوز و ساختار شبکه آمیلوز پیوسته می تواند به طور قابل توجهی از ظاهر جداسازی فاز جلوگیری کند [334].محتوای آمیلوز HPS مورد استفاده در این مقاله 80٪ است، بسیار بیشتر از 25٪، بنابراین این پدیده را بهتر نشان می دهد که غشاهای HPS خالص همگن تر و صاف تر از غشاهای HPMC خالص هستند.

از مقایسه شکل ها می توان دریافت که سطوح تمام لایه های کامپوزیت نسبتا ناهموار هستند و برخی برجستگی های نامنظم پراکنده هستند که نشان می دهد درجه خاصی از اختلاط ناپذیری بین HPMC و HPS وجود دارد.علاوه بر این، غشاهای کامپوزیتی با محتوای HPMC بالا ساختار همگن تری نسبت به غشاهای با محتوای HPS بالا نشان دادند.تراکم مبتنی بر HPS در دمای تشکیل فیلم 37 درجه سانتیگراد

بر اساس خواص ژل، HPS یک حالت ژل چسبناک ارائه کرد.در حالی که بر اساس خواص ژل حرارتی HPMC، HPMC یک حالت محلول آب مانند ارائه کرد.در غشای کامپوزیتی با محتوای HPS بالا (7:3 HPS/HPMC)، HPS چسبناک فاز پیوسته است، و HPMC آب مانند در فاز پیوسته HPS با ویسکوزیته بالا به عنوان فاز پراکنده، که مساعد نیست، پراکنده می شود. توزیع یکنواخت فاز پراکنده؛در فیلم کامپوزیت با محتوای HPMC بالا (3:7 HPS/HPMC)، HPMC با ویسکوزیته کم به فاز پیوسته تبدیل می‌شود و HPS ویسکوز در فاز HPMC با ویسکوزیته پایین به عنوان فاز پراکنده پراکنده می‌شود که منجر به تشکیل یک مرحله همگن.سیستم مرکب

از شکل می توان دریافت که اگرچه تمام فیلم های کامپوزیتی ساختارهای سطحی ناهمگن و ناهمگن را نشان می دهند، هیچ رابط فاز آشکاری یافت نمی شود، که نشان می دهد HPMC و HPS سازگاری خوبی دارند.فیلم‌های کامپوزیت HPMC/نشاسته بدون نرم‌کننده‌هایی مانند PEG، جداسازی فاز آشکار [301] را نشان دادند، بنابراین نشان می‌دهد که اصلاح هیدروکسی پروپیل نشاسته و نرم‌کننده‌های PEG می‌تواند سازگاری سیستم کامپوزیت را بهبود بخشد.

3.3.2 تجزیه و تحلیل خواص نوری فیلم های کامپوزیت خوراکی

خواص انتقال نور فیلم های کامپوزیتی خوراکی HPMC/HPS با نسبت های مختلف توسط اسپکتروفتومتر UV-vis مورد آزمایش قرار گرفت و طیف UV در شکل 3-2 نشان داده شده است.هرچه مقدار عبور نور بزرگتر باشد، فیلم یکنواخت تر و شفاف تر است.برعکس، هرچه مقدار عبور نور کوچکتر باشد، فیلم ناهموارتر و مات تر است.از شکل 3-2 (الف) می توان دید که تمام فیلم های کامپوزیت روند مشابهی را با افزایش طول موج روبشی در محدوده اسکن طول موج کامل نشان می دهند و عبور نور به تدریج با افزایش طول موج افزایش می یابد.در 350 نانومتر ، منحنی ها به فلات تمایل دارند.

گذردهی را در طول موج 500 نانومتر برای مقایسه انتخاب کنید، همانطور که در شکل 3-2 (ب) نشان داده شده است، عبور فیلم HPS خالص کمتر از فیلم HPMC خالص است و با افزایش محتوای HPMC، انتقال ابتدا کاهش می یابد. و پس از رسیدن به حداقل مقدار افزایش یافت.هنگامی که محتوای HPMC به 70٪ افزایش یافت، عبور نور فیلم کامپوزیت بیشتر از HPS خالص بود.به خوبی شناخته شده است که یک سیستم همگن عبور نور بهتری را نشان می دهد و مقدار عبور اندازه گیری شده با اشعه ماوراء بنفش عموماً بالاتر است.مواد ناهمگن عموماً مات تر هستند و دارای مقادیر عبور UV کمتری هستند.مقادیر عبور فیلم های کامپوزیت (7:3، 5:5) کمتر از فیلم های HPS و HPMC خالص بود، که نشان می دهد درجه خاصی از جدایی فاز بین دو جزء HPS و HPMC وجود دارد.

شکل 3-2 طیف UV در تمام طول موج ها (a)، و در 500 نانومتر (b)، برای فیلم های ترکیبی HPS/HPMC.نوار میانگین انحراف استاندارد را نشان می دهد.ac: حروف مختلف به طور قابل توجهی با نسبت ترکیبی مختلف متفاوت هستند (05/0p<)، که در پایان نامه کامل اعمال می شود.

3.3.3 آنالیز دینامیکی ترمومکانیکی فیلم های کامپوزیتی خوراکی

شکل 3-3 خواص ترمومکانیکی دینامیکی فیلم های خوراکی HPMC/HPS با فرمولاسیون های مختلف را نشان می دهد.از شکل 3-3(a) می توان دید که مدول ذخیره سازی (E') با افزایش محتوای HPMC کاهش می یابد.علاوه بر این، مدول ذخیره سازی همه نمونه ها به تدریج با افزایش دما کاهش یافت، با این تفاوت که مدول ذخیره سازی فیلم HPS خالص (10:0) پس از افزایش دما به 70 درجه سانتی گراد اندکی افزایش یافت.در دمای بالا، برای فیلم کامپوزیت با محتوای HPMC بالا، مدول ذخیره سازی فیلم کامپوزیت با افزایش دما روند نزولی آشکاری دارد.در حالی که برای نمونه با محتوای HPS بالا، مدول ذخیره سازی تنها با افزایش دما کمی کاهش می یابد.

شکل 3-3 مدول ذخیره سازی (E') (a) و مماس از دست دادن (tan δ) (b) فیلم های ترکیبی HPS/HPMC

از شکل 3-3 (ب) مشاهده می شود که نمونه های با محتوای HPMC بالاتر از 30٪ (5:5، 3:7، 0:10) همگی یک پیک انتقال شیشه ای را نشان می دهند و با افزایش محتوای HPMC، انتقال شیشه ای دمای انتقال به دمای بالا منتقل شد، که نشان می دهد که انعطاف پذیری زنجیره پلیمری HPMC کاهش یافته است.از سوی دیگر، غشای HPS خالص یک پیک پوششی بزرگ در حدود 67 درجه سانتیگراد را نشان می دهد، در حالی که غشای کامپوزیت با محتوای 70 درصد HPS هیچ انتقال شیشه ای آشکاری ندارد.این ممکن است به این دلیل باشد که درجه خاصی از تعامل بین HPMC و HPS وجود دارد، بنابراین حرکت بخش‌های مولکولی HPMC و HPS را محدود می‌کند.

3.3.4 تجزیه و تحلیل پایداری حرارتی فیلم های کامپوزیت خوراکی

شکل 3-4 منحنی های TGA (الف) و منحنی های مشتق شده آنها (DTG) (ب) فیلم های ترکیبی HPS/HPMC

پایداری حرارتی فیلم کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS توسط آنالایزر ترموگراویمتری مورد آزمایش قرار گرفت.شکل 3-4 منحنی ترموگراویمتری (TGA) و منحنی نرخ کاهش وزن آن (DTG) فیلم کامپوزیت را نشان می دهد.از منحنی TGA در شکل 3-4 (الف)، می توان دریافت که نمونه های غشای مرکب با نسبت های مختلف، دو مرحله تغییر ترموگراویمتری آشکار را با افزایش دما نشان می دهند.تبخیر شدن آب جذب شده توسط ماکرومولکول پلی ساکارید منجر به کاهش وزن کوچک در دمای 30 تا 180 درجه سانتیگراد قبل از تجزیه حرارتی واقعی می شود.متعاقباً، فاز بزرگ‌تری از کاهش وزن در دمای 300 تا 450 درجه سانتی‌گراد وجود دارد که در اینجا مرحله تخریب حرارتی HPMC و HPS است.

از منحنی‌های DTG در شکل 3-4 (ب)، می‌توان مشاهده کرد که دمای پیک تخریب حرارتی HPS خالص و HPMC خالص به ترتیب 338 درجه سانتی‌گراد و 400 درجه سانتی‌گراد است و دمای اوج تخریب حرارتی HPMC خالص است. بالاتر از HPS، نشان می دهد که HPMC پایداری حرارتی بهتر از HPS است.هنگامی که محتوای HPMC 30٪ بود (7:3)، یک پیک منفرد در 347 درجه سانتیگراد ظاهر شد که مربوط به اوج مشخصه HPS است، اما دما بالاتر از اوج تخریب حرارتی HPS بود.هنگامی که محتوای HPMC 70٪ بود (3:7)، تنها اوج مشخصه HPMC در 400 درجه سانتیگراد ظاهر شد.هنگامی که محتوای HPMC 50٪ بود، دو پیک تخریب حرارتی در منحنی DTG، به ترتیب 345 درجه سانتیگراد و 396 درجه سانتیگراد ظاهر شد.قله ها به ترتیب با قله های مشخصه HPS و HPMC مطابقت دارند ، اما قله تخریب حرارتی مربوط به HPS کوچکتر است و هر دو قله تغییر خاصی دارند.مشاهده می شود که بیشتر غشاهای کامپوزیت فقط یک اوج واحد مشخصه مربوط به یک جزء خاص را نشان می دهند و در مقایسه با غشای مؤلفه خالص جبران می شوند ، که نشان می دهد تفاوت خاصی بین اجزای HPMC و HPS وجود دارد.درجه سازگاریدمای اوج تخریب حرارتی غشای کامپوزیت بالاتر از HPS خالص بود ، نشان می دهد که HPMC می تواند پایداری حرارتی غشای HPS را تا حدی بهبود بخشد.

3.3.5 تجزیه و تحلیل ویژگی های مکانیکی فیلم کامپوزیت خوراکی

خواص کششی لایه‌های کامپوزیت HPMC/HPS با نسبت‌های مختلف توسط تحلیلگر خواص مکانیکی در دمای 25 درجه سانتی‌گراد، رطوبت نسبی 57 و 75 درصد اندازه‌گیری شد.شکل 3-5 مدول الاستیک (a)، ازدیاد طول در شکست (b) و استحکام کششی (c) لایه‌های کامپوزیت HPMC/HPS با نسبت‌های مختلف تحت رطوبت نسبی متفاوت را نشان می‌دهد.از شکل می توان دریافت که وقتی رطوبت نسبی 57٪ است، مدول الاستیک و استحکام کششی فیلم HPS خالص بزرگترین و HPMC خالص کوچکترین است.با افزایش محتوای HPS، مدول الاستیک و استحکام کششی لایه های کامپوزیت به طور مداوم افزایش یافت.ازدیاد طول در هنگام شکست غشای HPMC خالص بسیار بزرگتر از غشای HPS خالص است و هر دو بیشتر از غشای کامپوزیت هستند.

هنگامی که رطوبت نسبی در مقایسه با رطوبت نسبی 57 ٪ بیشتر بود (75 ٪) ، مدول الاستیک و مقاومت کششی همه نمونه ها کاهش یافته است ، در حالی که کشیدگی در زمان استراحت به طور قابل توجهی افزایش یافته است.این عمدتا به این دلیل است که آب، به عنوان یک نرم کننده عمومی، می تواند ماتریس HPMC و HPS را رقیق کند، نیروی بین زنجیره های پلیمری را کاهش دهد و تحرک بخش های پلیمری را بهبود بخشد.در رطوبت نسبی بالا، مدول الاستیک و استحکام کششی فیلم‌های HPMC خالص بالاتر از فیلم‌های HPS خالص بود، اما ازدیاد طول در هنگام شکست کمتر بود، نتیجه‌ای که کاملاً با نتایج در رطوبت کم متفاوت بود.شایان ذکر است که تنوع خصوصیات مکانیکی فیلم های کامپوزیت با نسبت های مؤلفه در رطوبت بالای 75 ٪ کاملاً مخالف با رطوبت کم در مقایسه با مورد در رطوبت نسبی 57 ٪ است.در رطوبت بالا، رطوبت فیلم افزایش می‌یابد و آب نه تنها اثر نرم‌کننده خاصی روی ماتریس پلیمری دارد، بلکه باعث تبلور مجدد نشاسته می‌شود.در مقایسه با HPMC، HPS تمایل قوی تری به تبلور مجدد دارد، بنابراین تأثیر رطوبت نسبی بر HPS بسیار بیشتر از HPMC است.

شکل 3-5 خواص کششی لایه‌های HPS/HPMC با نسبت‌های مختلف HPS/HPMC که تحت شرایط فروتنی نسبی (RH) مختلف متعادل شده‌اند.*: حروف اعداد مختلف با RH های مختلف به طور قابل توجهی متفاوت هستند که در پایان نامه کامل اعمال می شوند

3.3.6 تجزیه و تحلیل نفوذپذیری اکسیژن فیلمهای کامپوزیت خوراکی

از فیلم کامپوزیت خوراکی به عنوان مواد بسته بندی مواد غذایی برای افزایش ماندگاری مواد غذایی استفاده می شود و عملکرد سد اکسیژن آن یکی از شاخص های مهم است.بنابراین ، میزان انتقال اکسیژن فیلم های خوراکی با نسبت های مختلف HPMC/HPS در دمای 23 درجه سانتیگراد اندازه گیری شد و نتایج در شکل 3-6 نشان داده شده است.از این شکل می توان مشاهده کرد که نفوذپذیری اکسیژن غشای HPS خالص به طور قابل توجهی پایین تر از غشای HPMC خالص است ، نشان می دهد که غشای HPS نسبت به غشای HPMC خاصیت سد اکسیژن بهتری دارد.با توجه به ویسکوزیته کم و وجود مناطق آمورف ، HPMC به راحتی می تواند یک ساختار شبکه با چگالی کم نسبتاً سست در فیلم ایجاد کند.در مقایسه با HPS، تمایل بیشتری به تبلور مجدد دارد و تشکیل ساختار متراکم در فیلم آسان است.بسیاری از مطالعات نشان داده‌اند که فیلم‌های نشاسته‌ای در مقایسه با سایر پلیمرها دارای خواص مانع اکسیژن خوبی هستند [139، 301، 335، 336].

شکل 3-6 نفوذپذیری اکسیژن فیلم های ترکیبی HPS/HPMC

افزودن HPS می تواند به طور قابل توجهی نفوذپذیری اکسیژن غشاهای HPMC را کاهش دهد و نفوذپذیری اکسیژن غشاهای کامپوزیت به شدت با افزایش محتوای HPS کاهش می یابد.علاوه بر این از HPS قابل نفوذ اکسیژن می تواند باعث افزایش شکنجه کانال اکسیژن در غشای کامپوزیت شود ، که به نوبه خود منجر به کاهش میزان نفوذ اکسیژن و در نهایت نفوذپذیری اکسیژن می شود.نتایج مشابهی برای سایر نشاسته های بومی گزارش شده است [139,301].

در این فصل با استفاده از HPMC و HPS به عنوان مواد اولیه اصلی و افزودن پلی اتیلن گلیکول به عنوان نرم کننده، فیلم های کامپوزیتی خوراکی HPMC/HPS با نسبت های مختلف به روش ریخته گری تهیه شد.تأثیر خواص ذاتی اجزا و نسبت ترکیب بر روی مورفولوژی میکروسکوپی غشای کامپوزیت با میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد مطالعه قرار گرفت.خواص مکانیکی غشای کامپوزیت توسط تستر خواص مکانیکی مورد مطالعه قرار گرفت.تاثیر خواص ذاتی اجزا و نسبت ترکیب بر روی خواص مانع اکسیژن و عبور نور فیلم کامپوزیت توسط تستر عبور اکسیژن و اسپکتروفتومتر UV-vis مورد مطالعه قرار گرفت.میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز حرارتی وزن سنجی و آنالیز حرارتی دینامیکی استفاده شد.تجزیه و تحلیل مکانیکی و سایر روش های تحلیلی برای مطالعه سازگاری و جداسازی فاز سیستم ترکیبی ژل سرد-گرم استفاده شد.

1. در مقایسه با HPMC خالص، HPS خالص برای تشکیل مورفولوژی سطح میکروسکوپی همگن و صاف آسان تر است.این عمدتاً به دلیل بازآرایی مولکولی بهتر ماکرومولکول‌های نشاسته (مولکول‌های آمیلوز و مولکول‌های آمیلوپکتین) در محلول آبی نشاسته در طول فرآیند خنک‌سازی است.
2. ترکیبات با محتوای HPMC بالا به احتمال زیاد ساختارهای غشایی همگن تشکیل می دهند.این عمدتا بر اساس خواص ژل HPMC و HPS است.در دمای تشکیل فیلم، HPMC و HPS به ترتیب حالت محلول با ویسکوزیته پایین و حالت ژل با ویسکوزیته بالا را نشان می‌دهند.فاز پراکنده با ویسکوزیته بالا در فاز پیوسته با ویسکوزیته پایین پراکنده می شود.تشکیل یک سیستم همگن آسان تر است.
3. رطوبت نسبی تأثیر معنی داری بر خصوصیات مکانیکی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS دارد و میزان اثر آن با افزایش محتوای HPS افزایش می یابد.در رطوبت نسبی پایین ، هم مدول الاستیک و هم مقاومت کششی فیلم های کامپوزیت با افزایش محتوای HPS افزایش یافته و کشیدگی در شکسته شدن فیلم های کامپوزیت به طور قابل توجهی پایین تر از فیلم های مؤلفه خالص بود.با افزایش رطوبت نسبی ، مدول الاستیک و استحکام کششی فیلم کامپوزیت کاهش یافته و کشیدگی در استراحت به طور قابل توجهی افزایش یافته است ، و رابطه بین خصوصیات مکانیکی فیلم کامپوزیت و نسبت ترکیب یک الگوی تغییر کاملاً متضاد را نشان می دهد رطوبت نسبی.خواص مکانیکی غشاهای کامپوزیتی با نسبت‌های ترکیبی متفاوت، یک تقاطع را در شرایط رطوبت نسبی مختلف نشان می‌دهد که امکان بهینه‌سازی عملکرد محصول را با توجه به نیازهای کاربردی مختلف فراهم می‌کند.
4. افزودن HPS به طور قابل توجهی خواص مانع اکسیژن غشای کامپوزیت را بهبود بخشید.نفوذپذیری اکسیژن غشای کامپوزیت به شدت با افزایش محتوای HPS کاهش یافت.
5. در سیستم ترکیبی ژل سرد و گرم HPMC/HPS، سازگاری خاصی بین دو جزء وجود دارد.هیچ رابط دو فاز آشکار در تصاویر SEM از تمام فیلم های کامپوزیت یافت نشد ، بیشتر فیلم های کامپوزیت در نتایج DMA فقط یک نقطه انتقال شیشه ای داشتند و تنها یک قله تخریب حرارتی در منحنی های DTG اکثر کامپوزیت ظاهر شد فیلم های.این نشان می دهد که توصیفی خاصی بین HPMC و HPS وجود دارد.

نتایج تجربی بالا نشان می دهد که ترکیب HPS و HPMC نه تنها می تواند هزینه تولید فیلم خوراکی HPMC را کاهش دهد، بلکه عملکرد آن را نیز بهبود می بخشد.خواص مکانیکی ، خواص سد اکسیژن و خصوصیات نوری فیلم کامپوزیت خوراکی با تنظیم نسبت ترکیب دو مؤلفه و رطوبت نسبی محیط خارجی می تواند حاصل شود.

فصل 4 رابطه بین میکرومورفولوژی و خواص مکانیکی سیستم ترکیبی HPMC/HPS

در مقایسه با آنتروپی اختلاط بالاتر در طول اختلاط آلیاژهای فلزی، آنتروپی اختلاط در طول ترکیب پلیمری معمولاً بسیار کوچک است و گرمای ترکیب در طول ترکیب معمولاً مثبت است که منجر به فرآیندهای ترکیب پلیمر می شود.���بنابراین، فرمول‌های پلیمری تمایل به تشکیل سیستم‌های دو فازی از هم فاز دارند و فرمول‌های پلیمری کاملاً سازگار بسیار نادر هستند [242].

سیستم‌های ترکیبی امتزاج‌پذیر معمولاً می‌توانند در ترمودینامیک به امتزاج‌پذیری در سطح مولکولی دست یابند و ترکیب‌های همگن را تشکیل دهند، بنابراین بیشتر سیستم‌های ترکیب پلیمری غیرقابل اختلاط هستند.با این حال ، بسیاری از سیستم های ترکیب پلیمری می توانند تحت شرایط خاصی به حالت سازگار برسند و با سازگاری خاصی به سیستم های مرکب تبدیل شوند [257].

خواص ماکروسکوپی مانند خواص مکانیکی سیستم های کامپوزیت پلیمری تا حد زیادی به برهمکنش و مورفولوژی فاز اجزای آنها بستگی دارد، به ویژه سازگاری بین اجزا و ترکیب فازهای پیوسته و پراکنده [301].بنابراین، مطالعه مورفولوژی میکروسکوپی و خواص ماکروسکوپی سیستم کامپوزیت و ایجاد ارتباط بین آنها از اهمیت بالایی برخوردار است که برای کنترل خواص مواد کامپوزیت با کنترل ساختار فاز و سازگاری سیستم کامپوزیت از اهمیت بالایی برخوردار است.

در فرآیند مطالعه مورفولوژی و نمودار فازی سیستم پیچیده، انتخاب ابزار مناسب برای تشخیص اجزای مختلف بسیار مهم است.با این حال، تمایز بین HPMC و HPS بسیار دشوار است، زیرا هر دو دارای شفافیت خوب و ضریب شکست مشابه هستند، بنابراین تشخیص این دو جزء با میکروسکوپ نوری دشوار است.علاوه بر این، از آنجا که هر دو مواد آلی مبتنی بر کربن هستند، بنابراین این دو دارای جذب انرژی مشابهی هستند، بنابراین تشخیص دقیق جفت اجزا برای میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز دشوار است.طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه می‌تواند تغییرات مورفولوژی و نمودار فازی سیستم پیچیده پروتئین-نشاسته را با نسبت مساحت نوار پلی‌ساکارید در 1180-953 سانتی‌متر و نوار آمید در 1750-1483 سانتی‌متر منعکس کند [52, 337]، اما این تکنیک بسیار پیچیده است و معمولاً برای ایجاد کنتراست کافی برای سیستم‌های هیبریدی HPMC/HPS به تکنیک‌های تبدیل فوریه تابش سنکروترون نیاز دارد.همچنین تکنیک هایی برای دستیابی به این جداسازی اجزا وجود دارد، مانند میکروسکوپ الکترونی عبوری و پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک، اما این تکنیک ها معمولاً پیچیده هستند [338].در این موضوع از روش تجزیه و تحلیل میکروسکوپ نوری رنگرزی ید ساده استفاده می شود و این اصل که گروه انتهایی ساختار مارپیچ آمیلوز می تواند با ید واکنش دهد و کمپلکس های انکلوزیون تشکیل دهد برای رنگرزی سیستم ترکیبی HPMC/HPS با رنگرزی ید استفاده می شود. that HPS The components were distinguished from the HPMC components by their different colors under the light microscope.بنابراین، روش تجزیه و تحلیل میکروسکوپ نوری رنگرزی ید، یک روش تحقیقاتی ساده و مؤثر برای مورفولوژی و نمودار فازی سیستم‌های پیچیده مبتنی بر نشاسته است.

در این فصل، مورفولوژی میکروسکوپی، توزیع فاز، انتقال فاز و سایر ریزساختارهای سیستم ترکیبی HPMC/HPS با استفاده از تجزیه و تحلیل میکروسکوپ نوری رنگرزی ید مورد مطالعه قرار گرفت.و خواص مکانیکی و سایر خواص ماکروسکوپی؛و از طریق تجزیه و تحلیل همبستگی مورفولوژی میکروسکوپی و خواص ماکروسکوپی غلظت‌های محلول مختلف و نسبت‌های ترکیبی، رابطه بین ریزساختار و خواص ماکروسکوپی سیستم ترکیبی HPMC/HPS به منظور کنترل HPMC/HPS ایجاد شد.زمینه ای برای خواص مواد کامپوزیت فراهم کنید.

4.2 روش تجربی

محلول HPMC و محلول HPS را با غلظت 3 ٪ ، 5 ٪ ، 7 ٪ و 9 ٪ آماده کنید ، برای روش آماده سازی به 2.2.1 مراجعه کنید.راه حل HPMC و راه حل HPS را مطابق با 100: 0 ، 90:10 ، 80:20 ، 70:30 ، 60:40 ، 50:50 ، 45:55 ، 40:60 ، 30:70 ، 20:80 ، 0 مخلوط کنید. 100 نسبت مختلف با سرعت 250 RMP در دقیقه در دمای 21 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه مخلوط شدند و محلول های مختلط با غلظت های مختلف و نسبت های مختلف به دست آمد.

به 3.2.1 مراجعه کنید.

به محلول تهیه شده در بند 2.2.1 مراجعه کنید، از قالب فولادی ضد زنگ برای غوطه ور کردن استفاده کنید و آن را در دمای 37 درجه سانتی گراد خشک کنید.کپسول های خشک شده را بیرون بیاورید، مقدار اضافی آن را جدا کنید و آنها را کنار هم قرار دهید تا یک جفت تشکیل شود.

4.2.4.1 اصول آنالیز میکروسکوپ نوری

میکروسکوپ نوری از اصل نوری بزرگنمایی توسط عدسی محدب استفاده می کند و از دو عدسی همگرا برای گسترش زاویه باز شدن مواد ریز مجاور به چشم و بزرگ کردن اندازه مواد ریز که توسط چشم انسان قابل تشخیص نیست استفاده می کند. تا اندازه مواد با چشم انسان قابل تشخیص باشد.

4.2.4.2 روش تست

محلول‌های ترکیب HPMC/HPS با غلظت‌ها و نسبت‌های ترکیبی مختلف در دمای 21 درجه سانتی‌گراد خارج شد، روی یک لام شیشه‌ای ریخته شد، در یک لایه نازک ریخته شد و در همان دما خشک شد.فیلم ها با محلول ید 1% رنگ آمیزی شدند (1 گرم ید و 10 گرم یدید پتاسیم در یک فلاسک حجمی 100 میلی لیتری قرار داده شد و در اتانول حل شد)، برای مشاهده در میدان میکروسکوپ نوری قرار داده شد و عکسبرداری شد.

4.2.5 عبور نور از فیلم کامپوزیت HPMC/HPS

4.2.5.1 اصل آنالیز اسپکتروفتومتری UV-vis

همان 3.2.3.1.

4.2.5.1 روش تست

به 3.2.3.2 مراجعه کنید.

همان 3.2.3.1.

4.2.6.1 روش تست

However, in the HPMC/HPS compound system, HPMC and HPS are still promising to show a greater degree of compatibility, because HPMC and HPS are both hydrophilic polysaccharides, have the same structural unit – glucose, and pass the same functional group is modified with هیدروکسی پروپیل.همچنین ظاهر شد [339].

رابطه بین مورفولوژی ، پدیده جداسازی فاز ، شفافیت و خصوصیات مکانیکی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS با جزئیات مورد بررسی قرار گرفت.شکل 4-3 تأثیر محتوای HPS را بر روی خصوصیات ماکروسکوپی مانند شفافیت و مدول کششی سیستم ترکیبی HPMC/HPS نشان می دهد.از این شکل می توان دید که شفافیت HPMC خالص از HP های خالص بالاتر است ، عمدتا به این دلیل که تبلور نشاسته شفافیت HPS را کاهش می دهد ، و اصلاح هیدروکسی پروپیل نشاسته نیز دلیل مهمی برای کاهش شفافیت است HPS [340 ، 341].از این شکل می توان دریافت که انتقال سیستم ترکیبی HPMC/HPS با تفاوت محتوای HPS حداقل مقدار دارد.انتقال سیستم مرکب ، در محدوده محتوای HPS زیر 70 ٪ ، با افزایشi

This result shows that the phase transition point of the HPMC/HPS compound system has a certain concentration dependence, and the HPMC/HPS compound ratio of the phase transition increases with the increase of the compound solution concentration, and HPS tends to form a continuous phase ..

It can be seen from the figure that the Young's modulus and elongation at break of the HPMC/HPS composite system tend to decrease with the increase of solution concentration, which is consistent with the gradual transformation of HPMC from continuous phase to dispersed phase in Figure 4 -4مورفولوژی میکروسکوپی سازگار است.

3. سیستم ترکیبی HPMC/HPS سازگاری خوبی دارد و تعداد زیادی مزوفاز در سیستم ترکیبی وجود دارد.در مرحله میانی ، مرحله مداوم در مرحله پراکنده در حالت ذرات پراکنده می شود.
5. آ.ب

In summary, the macroscopic properties of the HPMC/HPS composite system are closely related to its microscopic morphological structure, phase transition, phase separation and other phenomena, and the properties of the composites can be regulated by controlling the phase structure and compatibility of the composite سیستم.

هیدروکسی پروپیل یک گروه آبگریز است.

هان و همکارانکاور و همکاران.Lawal و همکاران.قابلیت هضم بهبود یافته است [347].اشمیتز و همکاران.

چون و همکاران.لی و همکاران

5.1 مواد و تجهیزات

5.1.1 مواد آزمایشی اصلی

5.1.2 ابزار و تجهیزات اصلی

5.2 روش آزمایشی

5.2.1 تهیه راه حل های مرکب

5.2.2.1 اصل تجزیه و تحلیل رئولوژیکی

همان 2.2.2.1

5.2.2.2 روش تست حالت جریان

یک گیره صفحه موازی با قطر 60 میلی متر استفاده شد و فاصله صفحه به 1 میلی متر تنظیم شد.

1. همان 2.2.2.2.
2. دمای آزمایش 25 درجه سانتیگراد است ، الف.بج

5.2.2.3 روش تست حالت نوسان

1. تغییر شکل متغیر تغییر شکل.
2. اسکن دمافرکانس 1 هرتز ، تغییر شکل 0.1 ٪ ، الف.ب
3. جارو فرکانستنوع 0.1 ٪ ، فرکانس 1-100 rad/s.

5.2.3 میکروسکوپ نوری

5.2.3.1 اصل ابزار

همان 4.2.3.1

5.2.3.2 روش تست

5.3 نتایج و بحث

5.3.1 تحلیل ویسکوزیته و الگوی جریان

نتایج در شکل 5-1 نشان داده شده است.

از این شکل می توان مشاهده کرد که ویسکوزیته و میزان نازک شدن برشی نمونه HPS خالص بالاتر از نمونه های ترکیب HPMC/HPS است ، در حالی که درجه نازک شدن برشی محلول HPMC کمترین است ، عمدتا به دلیل ویسکوزیته HPS در دمای پایین به طور قابل توجهی بالاتر از HPMC است.علاوه بر این ، برای محلول ترکیبی HPMC/HPS با همان نسبت ترکیب ، ویسکوزیته با درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS افزایش می یابد.این ممکن است به این دلیل باشد که افزودن گروه های هیدروکسی پروپیل در مولکول های نشاسته ، پیوندهای هیدروژن بین مولکولی را می شکند و در نتیجه منجر به تجزیه گرانولهای نشاسته می شود.هیدروکسی پروپیلاسیون به طور قابل توجهی پدیده نازک کننده برشی نشاسته را کاهش داد ، و پدیده نازک شدن برشی نشاسته بومی بارزترین بود.با افزایش مداوم درجه تعویض هیدروکسی پروپیل ، درجه نازک شدن برشی HP ها به تدریج کاهش می یابد.

نمونه تر این نمونه است [351].

با این حال ، با افزایش محتوای HPMC ، ضریب ویسکوزیته K به طور مداوم کاهش می یابد ، نشان می دهد که افزودن HPMC باعث کاهش ویسکوزیته محلول مرکب می شود ، زیرا ضریب ویسکوزیته K با ویسکوزیته متناسب بود.مقدار N و مقدار K HP های خالص با درجه های مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل در مرحله برشی در حال افزایش هر دو با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل کاهش یافته است ، نشان می دهد که اصلاح هیدروکسی پروپیلاسیون می تواند شبه پلاستیک نشاسته را بهبود بخشد و ویسکوزیته محلول های نشاسته را کاهش دهد.در مقابل ، مقدار N با افزایش درجه تعویض در مرحله کاهش برشی افزایش می یابد ، نشان می دهد که هیدروکسی پروپیلاسیون رفتار سیال نیوتنی محلول را بعد از برش سرعت بالا بهبود می بخشد.مقدار N و مقدار K سیستم ترکیبی HPMC/HPS توسط هیدروکسی پروپیلاسیون HPS و HPMC ، که نتیجه عمل ترکیبی آنها بود ، تحت تأثیر قرار گرفتند.در مقایسه با مرحله برشی روزافزون ، مقادیر N از همه نمونه ها در مرحله برش در حال کاهش بزرگتر شد ، در حالی که مقادیر K کوچکتر شد ، نشان می دهد که ویسکوزیته محلول مرکب پس از برش با سرعت بالا کاهش یافته است ، و رفتار سیال نیوتنی از محلول مرکب افزایش یافته است..

نتایج در شکل 5-2 نشان داده شده است.این مطابق با نتایج به دست آمده با روش برش بدون قبل از برش است.همچنین می توان از این شکل مشاهده کرد که با نرخ برشی پایین ، نمونه جایگزین بسیار هیدروکسی پروپیل دارای یک منطقه فلات است.

ویسکوزیته برشی صفر (H0) ، شاخص جریان (N) و ضریب ویسکوزیته (K) به دست آمده توسط اتصالات در جدول 5-2 نشان داده شده است.از جدول ، می بینیم که برای نمونه های HPS خالص ، مقادیر N به دست آمده توسط هر دو روش با درجه تعویض افزایش می یابد ، نشان می دهد که رفتار جامد مانند محلول نشاسته با افزایش درجه تعویض کاهش می یابد.با افزایش محتوای HPMC ، مقادیر N همه روند نزولی را نشان داد ، نشان می دهد که HPMC رفتار جامد مانند محلول را کاهش می دهد.این نشان می دهد که نتایج تجزیه و تحلیل کیفی دو روش سازگار است.

با مقایسه داده های به دست آمده برای همان نمونه تحت روشهای مختلف آزمون ، مشخص می شود که مقدار N به دست آمده پس از قبل از برشی همیشه بیشتر از آنچه که توسط روش بدون پیش برشی به دست می آید ، بیشتر است ، که نشان می دهد سیستم کامپوزیت به دست آمده توسط PRE روش شیرینگ مانند یک رفتار جامد است. رفتار پایین تر از روش اندازه گیری شده توسط روش بدون قبل از برش است.این امر به این دلیل است که نتیجه نهایی به دست آمده در آزمون بدون قبل از برشه زمان.بنابراین ، این روش می تواند با دقت بیشتری پدیده نازک شدن برشی و ویژگی های جریان سیستم مرکب را تعیین کند.

از جدول ، همچنین می توانیم ببینیم که برای همان نسبت ترکیب (5: 5) ، مقدار n سیستم ترکیب نزدیک به 1 است و N از قبل برشی با درجه تعویض هیدروکسی پروپیل افزایش می یابد و نشان می دهد که HPMC است یک مرحله مداوم در سیستم مرکب ، و HPMC تأثیر قوی تری بر روی نمونه های نشاسته ای با درجه تعویض هیدروکسی پروپیل کم دارد ، که مطابق با نتیجه است که مقدار N با افزایش درجه تعویض بدون پیش بر برعکس افزایش می یابد.مقادیر k سیستم های مرکب با درجات مختلف جایگزینی در دو روش مشابه است ، و هیچ روند مشخصی وجود ندارد ، در حالی که ویسکوزیته برشی صفر یک روند رو به پایین روشن را نشان می دهد ، زیرا ویسکوزیته برشی صفر مستقل از برشی است نرخ.ویسکوزیته ذاتی می تواند به طور دقیق خواص خود ماده را منعکس کند.

از روش Thixotropic سه مرحله ای برای بررسی تأثیر درجات مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل نشاسته هیدروکسی پروپیل بر خواص تیکسوتروپیک سیستم مرکب استفاده شد.از شکل 5-3 مشاهده می شود که در مرحله برشی پایین ، ویسکوزیته محلول با افزایش محتوای HPMC کاهش می یابد و با افزایش درجه تعویض کاهش می یابد ، که مطابق با قانون ویسکوزیته برشی صفر است.

درجه بهبودی ساختاری پس از زمان مختلف در مرحله بهبودی با سرعت بازیابی ویسکوزیته DSR بیان شده است و روش محاسبه در 2.3.2 نشان داده شده است.از جدول 5-2 می توان مشاهده کرد که در همان زمان ریکاوری ، DSR HPS خالص به طور قابل توجهی پایین تر از HPMC خالص است ، که عمدتا به این دلیل است که مولکول HPMC یک زنجیره سفت و سخت است و زمان آرامش آن کوتاه است ، و ساختار را می توان در مدت زمان کوتاهی بازیابی کرد.بهبودیدر حالی که HPS یک زنجیره انعطاف پذیر است ، زمان آرامش آن طولانی است و بازیابی ساختار مدت زمان طولانی طول می کشد.با افزایش درجه تعویض ، DSR HPS خالص با افزایش درجه تعویض کاهش می یابد ، نشان می دهد که هیدروکسی پروپیلاسیون انعطاف پذیری زنجیره مولکولی نشاسته را بهبود می بخشد و زمان آرامش HPS را طولانی تر می کند.DSR محلول مرکب پایین تر از HPS خالص و نمونه HPMC خالص است ، اما با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS ، DSR نمونه مرکب افزایش می یابد ، که نشان می دهد تیکسوتروپی سیستم ترکیب با افزایش می یابد افزایش تعویض هیدروکسی پروپیل HPS.با افزایش درجه تعویض رادیکال کاهش می یابد ، که با نتایج بدون قبل از برش سازگار است.

جدول 5-2 ویسکوزیته برشی صفر (H0) ، شاخص رفتار جریان (N) ، شاخص قوام سیال (K) در طی افزایش نرخ و درجه بازیابی ساختار (DSR) پس از زمان بهبودی خاص برای محلول HPS/HPMC با هیدروپروپیل مختلف درجه تعویض HPS در دمای 25 درجه سانتیگراد

به طور خلاصه ، تست حالت پایدار بدون پیش برشی و آزمون تیکسوتروپی حلقه تیکسوتروپی می تواند به صورت کیفی نمونه ها را با تفاوت های عملکرد بزرگ تجزیه و تحلیل کند ، اما برای ترکیبات دارای درجه های تعویض هیدروکسی پروپیل مختلف HPS با تفاوت عملکرد کوچک ، نتایج تحقیق از محلول برخلاف آن است. نتایج واقعی ، زیرا داده های اندازه گیری شده نتایج جامع تأثیر نرخ برشی و زمان برشی است و واقعاً نمی تواند تأثیر یک متغیر واحد را منعکس کند.

5.3.2 منطقه ویسکوالاستیک خطی

به خوبی شناخته شده است که برای هیدروژل ها ، مدول ذخیره سازی G ′ با سختی ، استحکام و تعداد زنجیره های مولکولی مؤثر تعیین می شود و مدول از دست دادن G ′ با مهاجرت ، حرکت و اصطکاک مولکول های کوچک و گروه های عملکردی تعیین می شود. .این ماده با مصرف انرژی اصطکاک مانند لرزش و چرخش تعیین می شود.نشانه وجود تقاطع مدول ذخیره سازی G and و مدول از دست دادن G ″ (یعنی برنزه δ = 1).انتقال از محلول به ژل نقطه ژل نامیده می شود.مدول ذخیره سازی G ′ و مدول از دست دادن G ″ اغلب برای مطالعه رفتار ژل ، میزان تشکیل و خصوصیات ساختاری ساختار شبکه ژل استفاده می شود [352].آنها همچنین می توانند در طول شکل گیری ساختار شبکه ژل ، ساختار داخلی و ساختار مولکولی را منعکس کنند.تعامل [353].

شکل 5-4 منحنی های رفت و برگشت کرنش محلول های ترکیبی HPMC/HPS با درجات مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS در فرکانس 1 هرتز و محدوده کرنش 0.01 ٪ -100 ٪ را نشان می دهد.از این شکل می توان مشاهده کرد که در منطقه تغییر شکل پایین (0.01-1 ٪) ، تمام نمونه ها به جز HPMC G ′> G ″ هستند و حالت ژل را نشان می دهند.برای HPMC ، G ′ در کل شکل است ، دامنه متغیر همیشه کمتر از G است. "، نشان می دهد که HPMC در حالت محلول است.علاوه بر این ، وابستگی تغییر شکل ویسکوالاستیک نمونه های مختلف متفاوت است.برای نمونه G80 ، وابستگی فرکانس ویسکوالاستیک آشکارتر است: هنگامی که تغییر شکل بیشتر از 0.3 ٪ است ، می توان دریافت که G 'به تدریج کاهش می یابد ، همراه با افزایش قابل توجهی در G ".افزایش ، و همچنین افزایش قابل توجهی در برنزه δ ؛و هنگامی که مقدار تغییر شکل 1.7 ٪ باشد ، تقاطع می کند ، که نشان می دهد ساختار شبکه ژل G80 پس از بیش از 1.7 ٪ بیش از 1.7 ٪ آسیب دیده است و در حالت راه حل قرار دارد.

شکل 5-4 مدول ذخیره سازی (G ′) و مدول از دست دادن (G ″) در مقابل کرنش برای مخلوط HPS/HPMC با درجه تعویض هیدروپروپیل مختلف HPS (نمادهای جامد و توخالی به ترتیب G ′ و G ″ به ترتیب))

شکل 5-5 TAN δ در مقابل کرنش برای محلول مخلوط HPMC/HPS با درجه تعویض هیدروپروپیل مختلف HPS

از این شکل می توان دید که منطقه ویسکوالاستیک خطی HPS خالص با کاهش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل باریک است.به عبارت دیگر ، با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS ، تغییرات قابل توجهی در منحنی برنزه δ تمایل به ظاهر شدن در محدوده مقدار تغییر شکل بالاتر دارد.به طور خاص ، منطقه ویسکوالاستیک خطی G80 باریک ترین نمونه ها است.بنابراین ، از منطقه ویسکوالاستیک خطی G80 برای تعیین استفاده می شود

معیارهای تعیین مقدار متغیر تغییر شکل در سری تست های زیر.برای سیستم ترکیبی HPMC/HPS با همان نسبت ترکیب ، منطقه ویسکوالاستیک خطی نیز با کاهش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS باریک می شود ، اما اثر کوچک شدن درجه تعویض هیدروکسی پروپیل در منطقه ویسکوالاستیک خطی چندان واضح نیست.

5.3.3 خواص ویسکوالاستیک در هنگام گرمایش و سرمایش

خصوصیات ویسکوالاستیک پویا از محلول های ترکیبی HPMC/HPS HPS با درجات مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل در شکل 5-6 نشان داده شده است.همانطور که از شکل مشاهده می شود ، HPMC در طی فرآیند گرمایش چهار مرحله را نشان می دهد: یک منطقه فلات اولیه ، دو مرحله ساختار و یک منطقه فلات نهایی.در مرحله فلات اولیه ، G ′

این چهار مرحله از HPMC با کاهش دما به صورت متوالی به ترتیب معکوس ظاهر می شود.تقاطع تغییر G ′ و G ″ به ناحیه دمای پایین در حدود 32 درجه سانتیگراد در مرحله خنک کننده تغییر می کند ، که ممکن است به دلیل هیسترزیس باشد [208] یا اثر تراکم زنجیره در دمای پایین [355].مشابه HPMC ، نمونه های دیگر در طی فرآیند گرمایش نیز چهار مرحله وجود دارد و پدیده برگشت پذیر در طی فرآیند خنک کننده رخ می دهد.با این حال ، از این شکل می توان دید که G80 و A939 یک فرآیند ساده و بدون تقاطع بین G 'و G "را نشان می دهند ، و منحنی G80 حتی ظاهر نمی شود.ناحیه سکو در عقب.

برای HPS خالص ، درجه بالاتری از تعویض هیدروکسی پروپیل می تواند دمای اولیه و نهایی تشکیل ژل ، به ویژه دمای اولیه را تغییر دهد ، که به ترتیب 61 درجه سانتیگراد برای G80 ، A939 و A1081 است.، 62 درجه سانتیگراد و 54 درجه سانتیگراد.علاوه بر این ، برای نمونه های HPMC/HPS با همان نسبت ترکیب ، با افزایش درجه تعویض ، مقادیر G ′ و G ″ هر دو تمایل به کاهش دارند ، که مطابق با نتایج مطالعات قبلی است [357 ، 358].با افزایش درجه تعویض ، بافت ژل نرم می شود.بنابراین ، هیدروکسی پروپیلاسیون ساختار مرتب شده نشاسته بومی را می شکند و آبگریز آن را بهبود می بخشد [343].

برای نمونه های ترکیبی HPMC/HPS ، هر دو G ′ و G ″ با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS ، که با نتایج HPS خالص سازگار بود ، کاهش یافت.علاوه بر این ، با افزودن HPMC ، درجه تعویض تأثیر معنی داری بر G ′ تأثیر با G ”کمتر ​​نشان می دهد.

منحنی های ویسکوالاستیک تمام نمونه های کامپوزیت HPMC/HPS همان روند را نشان داد ، که با HPS در دمای پایین و HPMC در دمای بالا مطابقت داشت.به عبارت دیگر ، در دمای پایین ، HPS بر خصوصیات ویسکوالاستیک سیستم مرکب حاکم است ، در حالی که در دمای بالا HPMC خصوصیات ویسکوالاستیک سیستم مرکب را تعیین می کند.این نتیجه عمدتاً به HPMC مربوط می شود.به طور خاص ، HPS یک ژل سرد است که هنگام گرم شدن از حالت ژل به حالت محلول تغییر می کند.در مقابل ، HPMC یک ژل داغ است که به تدریج ژل را با افزایش ساختار شبکه دما تشکیل می دهد.برای سیستم ترکیبی HPMC/HPS ، در دمای پایین ، خصوصیات ژل سیستم ترکیب به طور عمده توسط ژل سرد HPS کمک می شود و در دمای بالا ، در دماهای گرم ، ژل HPMC در سیستم ترکیب حاکم است.

شکل 5-6 مدول ذخیره سازی (G ′) ، مدول از دست دادن (G ″) و TAN δ در مقابل دما برای محلول مخلوط HPS/HPMC با درجه تعویض هیدروپروپیل مختلف HPS

مدول سیستم کامپوزیت HPMC/HPS ، همانطور که انتظار می رود ، بین مدول HPMC خالص و HPS خالص است.علاوه بر این ، سیستم پیچیده در کل دامنه اسکن دما G ′> G ″ نشان می دهد ، که نشان می دهد HPMC و HPS می توانند به ترتیب پیوندهای هیدروژن بین مولکولی را با مولکول های آب تشکیل دهند و همچنین می توانند پیوندهای هیدروژن بین مولکولی را با یکدیگر تشکیل دهند.علاوه بر این ، در منحنی فاکتور از دست دادن ، تمام سیستم های پیچیده دارای اوج برنزه δ در حدود 45 درجه سانتیگراد هستند ، نشان می دهد که انتقال فاز مداوم در سیستم پیچیده رخ داده است.این انتقال فاز در 5.3.6 بعدی مورد بحث قرار خواهد گرفت.بحث را ادامه دهید

5.3.4 تأثیر دما بر ویسکوزیته مرکب

درک تأثیر دما بر خصوصیات رئولوژیکی مواد به دلیل طیف گسترده ای از دما که ممکن است در طول پردازش و ذخیره سازی رخ دهد مهم است [359 ، 360].در محدوده 5 درجه سانتیگراد-85 درجه سانتیگراد ، تأثیر دما بر ویسکوزیته پیچیده محلول های ترکیبی HPMC/HPS با درجه های مختلف HPS تعویض هیدروکسی پروپیل در شکل 5-7 نشان داده شده است.از شکل 5-7 (a) می توان دریافت که ویسکوزیته پیچیده HPS خالص با افزایش دما به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.ویسکوزیته HPMC خالص با افزایش دما کمی از دمای اولیه تا 45 درجه سانتیگراد کاهش می یابد.بهتر کردن.

منحنی ویسکوزیته همه نمونه های مرکب روند مشابهی را با دما نشان داد ، ابتدا با افزایش دما کاهش می یابد و سپس با افزایش دما افزایش می یابد.علاوه بر این ، ویسکوزیته نمونه های ترکیبی نزدیک به HPS در دمای پایین و نزدیکتر به HPMC در دمای بالا نزدیکتر است.این نتیجه همچنین مربوط به رفتار ژل عجیب و غریب HPMC و HPS است.منحنی ویسکوزیته نمونه مرکب یک انتقال سریع در 45 درجه سانتیگراد را نشان داد ، احتمالاً به دلیل انتقال فاز در سیستم ترکیبی HPMC/HPS.با این حال ، شایان ذکر است که ویسکوزیته نمونه ترکیب G80/HPMC 5: 5 در دمای بالا بالاتر از HPMC خالص است ، که عمدتا به دلیل ویسکوزیته ذاتی بالاتر G80 در دمای بالا است [361].تحت همین نسبت ترکیب ، ویسکوزیته مرکب سیستم ترکیب با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS کاهش می یابد.بنابراین ، معرفی گروه های هیدروکسی پروپیل به مولکول های نشاسته ممکن است منجر به شکستن پیوندهای هیدروژن درون مولکولی در مولکول های نشاسته شود.

شکل 5-7 ویسکوزیته پیچیده در مقابل دما برای مخلوط HPS/HPMC با درجه تعویض هیدروپروپیل مختلف HPS

تأثیر دما بر ویسکوزیته پیچیده سیستم ترکیبی HPMC/HPS با رابطه آرنیوس در یک محدوده دمای خاص مطابقت دارد و ویسکوزیته پیچیده دارای رابطه نمایی با دما است.معادله Arrhenius به شرح زیر است:

در میان آنها ، η* ویسکوزیته پیچیده ، Pa S است.

a ثابت است ، pa s ؛

t دمای مطلق است ، k ؛

R ثابت گاز ، 8.3144 J · mol -1 · K -1 است.

E انرژی فعال سازی ، j · mol -1 است.

مطابق با فرمول (5-3) ، منحنی ویسکوزیته دمای سیستم ترکیب را می توان با توجه به قله برنزه δ در 45 درجه سانتیگراد به دو قسمت تقسیم کرد.سیستم مرکب در 5 درجه سانتیگراد-45 درجه سانتیگراد و 45 درجه سانتیگراد-85 درجه مقادیر انرژی فعال سازی E و ثابت A به دست آمده توسط اتصالات در محدوده C در جدول 5-3 نشان داده شده است.مقادیر محاسبه شده انرژی فعال سازی E بین 174 kJ · mol - 1 و 124 kJ · mol - 1 است ، و مقادیر ثابت A بین 10-11 × 10.12 PA و 1028 pa 1.99 است.در محدوده اتصالات ، ضرایب همبستگی متناسب به جز نمونه G80/HPMC بالاتر بود (R2 = 0.9071 -0.9892).نمونه G80/HPMC در محدوده دمای 45 درجه سانتیگراد - 85 درجه سانتیگراد ضریب همبستگی کمتری دارد (R2 = 0.4435) ، که ممکن است به دلیل سختی ذاتاً بالاتر G80 و وزن سریعتر آن در مقایسه با سایر میزان تبلور HPS باشد [ 362]این خاصیت G80 باعث می شود که در صورت ترکیب با HPMC ترکیبات غیر همگن را تشکیل دهد.

در محدوده دمای 5 درجه سانتیگراد - 45 درجه سانتیگراد ، مقدار E نمونه کامپوزیت HPMC/HPS کمی پایین تر از HPS خالص است ، که ممکن است به دلیل تعامل بین HPS و HPMC باشد.وابستگی دما ویسکوزیته را کاهش دهید.مقدار E HPMC خالص بالاتر از نمونه های دیگر است.انرژی فعال سازی برای همه نمونه های حاوی نشاسته مقادیر مثبت کم بود ، نشان می دهد که در دماهای پایین تر ، کاهش ویسکوزیته با دما کمتر برجسته شده و فرمولاسیون ها یک بافت مانند نشاسته را نشان می دهند.

جدول 5-3 پارامترهای معادله Arrhenius (E: انرژی فعال سازی ؛ A: ثابت ؛ R 2: ضریب تعیین) از معادله (1) برای ترکیب HPS/HPMC با درجات مختلف هیدروکسی پروپیلاسیون HPS

با این حال ، در محدوده دمای بالاتر 45 درجه سانتیگراد - 85 درجه سانتیگراد ، مقدار E از نظر کیفی بین HPS خالص و نمونه های کامپوزیت HPMC/HPS تغییر یافت ، و مقدار E HPS های خالص 45.6 کیلوگرم · mol - 1 بود - در محدوده 124 kJ · mol -1 ، مقادیر E مجتمع ها در محدوده -3.77 kJ · mol -1–72.2 kJ · mol -1 هستند.این تغییر اثر قوی HPMC بر انرژی فعال سازی سیستم پیچیده را نشان می دهد ، زیرا مقدار E HPMC خالص -174 kJ mol -1 است.مقادیر E HPMC خالص و سیستم مرکب منفی است ، که نشان می دهد در دماهای بالاتر ، ویسکوزیته با افزایش دما افزایش می یابد و این ترکیب بافت رفتاری مانند HPMC را نشان می دهد.

اثرات HPMC و HPS بر روی ویسکوزیته پیچیده سیستم های ترکیبی HPMC/HPS در دمای بالا و دمای پایین با خصوصیات ویسکوالاستیک مورد بحث سازگار است.

5.3.5 خصوصیات مکانیکی پویا

شکل 5-8 منحنی رفت و برگشت فرکانس را در 5 درجه سانتیگراد محلول های ترکیبی HPMC/HPS از HPS با درجه های مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل نشان می دهد.از این شکل می توان دید که HPS خالص رفتار جامد مانند (G ′> G ″) را نشان می دهد ، در حالی که HPMC رفتار مایع مانند است (G ′

HPMC های خالص وابستگی فرکانس روشنی دارند که در نمونه های HPS خالص دشوار است.همانطور که انتظار می رود ، سیستم پیچیده HPMC/HPS درجه خاصی از وابستگی فرکانس را به نمایش گذاشت.برای همه نمونه های حاوی HPS ، N ′ همیشه پایین تر از N ″ است ، و G ″ وابستگی فرکانس قوی تری نسبت به G ′ نشان می دهد ، نشان می دهد که این نمونه ها نسبت به چسبناک تر هستند [352 ، 359 ، 363].بنابراین ، عملکرد نمونه های ترکیبی عمدتاً توسط HPS تعیین می شود ، که عمدتا به این دلیل است که HPMC حالت ویسکوزیته کمتری را در دمای پایین نشان می دهد.

جدول 5-4 N ′ ، N ″ ، G0 ′ و G0 ″ برای HPS/HPMC با درجه تعویض هیدروپروپیل مختلف HPS در 5 درجه سانتیگراد همانطور که از Eqs تعیین می شود.(5-1) و (5-2)

شکل 5-8 مدول ذخیره سازی (G ′) و مدول از دست دادن (G ″) در مقابل فرکانس برای مخلوط HPS/HPMC با درجه تعویض هیدروپروپیل مختلف HPS در 5 درجه سانتیگراد

HPMC های خالص وابستگی فرکانس روشنی دارند که در نمونه های HPS خالص دشوار است.همانطور که برای مجموعه HPMC/HPS انتظار می رود ، سیستم لیگاند درجه خاصی از وابستگی فرکانس را به نمایش گذاشت.برای همه نمونه های حاوی HPS ، N ′ همیشه پایین تر از N ″ است ، و G ″ وابستگی فرکانس قوی تری نسبت به G ′ نشان می دهد ، نشان می دهد که این نمونه ها نسبت به چسبناک تر هستند [352 ، 359 ، 363].بنابراین ، عملکرد نمونه های ترکیبی عمدتاً توسط HPS تعیین می شود ، که عمدتا به این دلیل است که HPMC حالت ویسکوزیته کمتری را در دمای پایین نشان می دهد.

شکل 5-9 منحنی جاروهای فرکانس محلول های ترکیبی HPMC/HPS HPS با درجه های مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل را در دمای 85 درجه سانتیگراد نشان می دهد.همانطور که از شکل مشاهده می شود ، تمام نمونه های HPS دیگر به جز A1081 رفتار معمولی مانند جامد را نشان می دهند.برای A1081 ، مقادیر G 'و G "بسیار نزدیک است ، و G' کمی کوچکتر از G است" ، که نشان می دهد A1081 به عنوان یک سیال رفتار می کند.

این ممکن است به این دلیل باشد که A1081 یک ژل سرد است و در دمای بالا یک انتقال ژل به سطح قرار می گیرد.از طرف دیگر ، برای نمونه هایی با نسبت ترکیب یکسان ، مقادیر N ′ ، N ″ ، G0 ′ و G0 ″ (جدول 5-5) همه با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل کاهش یافته است ، نشان می دهد که هیدروکسی پروپیلاسیون باعث کاهش جامد می شود- مانند رفتار نشاسته در دمای بالا (85 درجه سانتیگراد).به طور خاص ، N ′ و N ″ G80 نزدیک به 0 هستند و رفتار محکم مانند را نشان می دهند.در مقابل ، مقادیر N ′ و N از A1081 نزدیک به 1 هستند و رفتار سیال قوی را نشان می دهند.این مقادیر n 'و n "با داده های g' و g" سازگار است.علاوه بر این ، همانطور که از شکل 5-9 مشاهده می شود ، میزان تعویض هیدروکسی پروپیل می تواند به طور قابل توجهی وابستگی فرکانس HP ها را در دمای بالا بهبود بخشد.

شکل 5-9 مدول ذخیره سازی (G ′) و مدول از دست دادن (G ″) در مقابل فرکانس برای مخلوط HPS/HPMC با درجه تعویض هیدروپروپیل مختلف HPS در 85 درجه سانتیگراد

شکل 5-9 نشان می دهد که HPMC رفتار معمولی مانند جامد (G ′> G ″) را در دمای 85 درجه سانتیگراد نشان می دهد ، که عمدتا به خصوصیات ترموژل آن نسبت داده می شود.علاوه بر این ، G ′ و G ″ HPMC با فرکانس متفاوت است ، افزایش زیاد تغییر نمی کند ، نشان می دهد که وابستگی فرکانس مشخصی ندارد.

برای سیستم ترکیبی HPMC/HPS ، مقادیر N ′ و N ″ هر دو نزدیک به 0 هستند ، و G0 ′ به طور قابل توجهی بالاتر از G0 (جدول ″ 5-5) است ، و رفتار جامد آن را تأیید می کند.از طرف دیگر ، تعویض هیدروکسی پروپیل بالاتر می تواند HP ها را از رفتار مانند جامد به مایع تغییر دهد ، پدیده ای که در محلول های مرکب رخ نمی دهد.علاوه بر این ، برای سیستم مرکب اضافه شده با HPMC ، با افزایش فرکانس ، هر دو G 'و G ”نسبتاً پایدار مانده و مقادیر N' و N" نزدیک به HPMC بودند.تمام این نتایج نشان می دهد که HPMC بر ویسکوالاستیک سیستم ترکیبی در دمای بالا 85 درجه سانتیگراد حاکم است.

جدول 5-5 N ′ ، N ″ ، G0 ′ و G0 ″ برای HPS/HPMC با تعویض هیدروپروپیل مختلف HPS در دمای 85 درجه سانتیگراد همانطور که از Eqs تعیین می شود.(5-1) و (5-2)

5.3.6 مورفولوژی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS

انتقال فاز سیستم ترکیبی HPMC/HPS توسط میکروسکوپ نوری رنگ آمیزی ید مورد بررسی قرار گرفت.سیستم ترکیبی HPMC/HPS با نسبت ترکیب 5: 5 در 25 درجه سانتیگراد ، 45 درجه سانتیگراد و 85 درجه سانتیگراد مورد آزمایش قرار گرفت.تصاویر میکروسکوپ نور رنگ آمیزی در زیر در شکل 5-10 نشان داده شده است.از شکل می توان دید که پس از رنگ آمیزی با ید ، فاز HPS به رنگ تیره تر رنگ می شود و فاز HPMC رنگ سبک تری را نشان می دهد زیرا نمی توان آن را با ید رنگ کرد.بنابراین ، دو مرحله HPMC/HPS می تواند به وضوح متمایز شود.در دماهای بالاتر ، مساحت مناطق تاریک (فاز HPS) افزایش می یابد و مساحت مناطق روشن (فاز HPMC) کاهش می یابد.به طور خاص، در دمای 25 درجه سانتی گراد، HPMC (رنگ روشن) فاز پیوسته در سیستم کامپوزیت HPMC/HPS است و فاز کروی کوچک HPS (رنگ تیره) در فاز پیوسته HPMC پراکنده می شود.در مقابل ، در دمای 85 درجه سانتیگراد ، HPMC به یک فاز پراکنده بسیار کوچک و نامنظم تبدیل شد که در مرحله مداوم HPS پراکنده شد.

شکل 5-8 مورفولوژی رنگ شده 1: 1 HPMC/HPS در 25 درجه سانتیگراد ، 45 درجه سانتیگراد و 85 درجه سانتیگراد مخلوط می شود

با افزایش دما ، باید یک نقطه انتقال از مورفولوژی فاز فاز مداوم از HPMC به HPS در سیستم ترکیبی HPMC/HPS وجود داشته باشد.از نظر تئوری ، باید زمانی اتفاق بیفتد که ویسکوزیته HPMC و HPS یکسان یا بسیار مشابه باشند.همانطور که از میکروگراف های 45 درجه سانتیگراد در شکل 5-10 مشاهده می شود ، نمودار فاز معمولی "دریای دریا" ظاهر نمی شود ، اما یک فاز همیشگی مشاهده می شود.این مشاهدات همچنین این واقعیت را تأیید می کند که انتقال فاز فاز مداوم ممکن است در قله برنزه δ در منحنی فاکتور دماء اتلاف که در 5.3.3 مورد بحث قرار گرفته است ، رخ داده است.

همچنین می توان از این شکل مشاهده کرد که در دمای پایین (25 درجه سانتیگراد) ، برخی از قسمت های فاز پراکنده HPS تیره درجه خاصی از رنگ روشن را نشان می دهند ، که ممکن است به این دلیل باشد که بخشی از فاز HPMC در مرحله HPS در مرحله HPS وجود دارد شکل یک مرحله پراکنده.وسطبه طور تصادفی، در دمای بالا (85 درجه سانتیگراد)، برخی از ذرات تیره کوچک در فاز پراکنده HPMC با رنگ روشن توزیع می شوند و این ذرات تیره کوچک فاز پیوسته HPS هستند.این مشاهدات نشان می دهد که درجه خاصی از مزوفاز در سیستم ترکیبی HPMC-HPS وجود دارد، بنابراین همچنین نشان می دهد که HPMC سازگاری خاصی با HPS دارد.

5.3.7 نمودار شماتیک انتقال فاز سیستم ترکیبی HPMC/HPS

بر اساس رفتار رئولوژیکی کلاسیک محلول های پلیمری و نقاط ژل کامپوزیت [216، 232] و مقایسه با کمپلکس های مورد بحث در مقاله، یک مدل اصلی برای تبدیل ساختاری کمپلکس های HPMC/HPS با دما پیشنهاد شده است، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 5-11.

شکل 5-11 ساختارهای شماتیک انتقال SOL-GEL HPMC (A) ؛HPS (b) ؛و HPMC/HPS (c)

رفتار ژل HPMC و مکانیسم انتقال ژل مربوط به آن بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است [159 ، 160 ، 207 ، 208].یکی از موارد بسیار پذیرفته شده این است که زنجیره های HPMC در قالب بسته های جمع شده در محلول وجود دارند.این خوشه ها با پیچاندن برخی از ساختارهای سلولزی جایگزین نشده یا کم محلول به هم متصل می شوند و با تجمع آبگریز گروه های متیل و گروه های هیدروکسیل به مناطق جایگزین متراکم متصل می شوند.در دمای پایین، مولکول‌های آب ساختارهای قفس‌مانندی را خارج از گروه‌های آبگریز متیل و ساختارهای پوسته آب خارج از گروه‌های آبدوست مانند گروه‌های هیدروکسیل تشکیل می‌دهند و مانع از تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین زنجیره‌ای HPMC در دماهای پایین می‌شوند.با افزایش دما، HPMC انرژی را جذب می کند و این ساختارهای قفس آب و پوسته آب شکسته می شوند، که سینتیک انتقال محلول-ژل است.پارگی قفس آب و پوسته آب، گروه های متیل و هیدروکسی پروپیل را در معرض محیط آبی قرار می دهد و در نتیجه حجم آزاد به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.در دمای بالاتر، به دلیل ارتباط آبگریز گروه های آبگریز و ارتباط آب دوست گروه های آب دوست، ساختار شبکه سه بعدی ژل در نهایت شکل می گیرد، همانطور که در شکل 5-11 (الف) نشان داده شده است.

پس از ژلاتینیزاسیون نشاسته ، آمیلوز از گرانول های نشاسته ای حل می شود تا یک ساختار مارپیچ تک توخالی را تشکیل دهد ، که به طور مداوم زخم می شود و در نهایت حالت سیم پیچ تصادفی را نشان می دهد.این ساختار تک مارپیچ یک حفره آبگریز در قسمت داخلی و یک سطح آبگریز در قسمت بیرونی تشکیل می دهد.این ساختار متراکم نشاسته آن را با ثبات بهتر [230-232] می کند.بنابراین ، HPS در قالب سیم پیچ های تصادفی متغیر با برخی از قسمت های مارپیچ کشیده شده در محلول آبی در دمای بالا وجود دارد.با کاهش دما ، پیوندهای هیدروژن بین HPS و مولکول های آب شکسته و آب محدود از بین می رود.سرانجام ، یک ساختار شبکه سه بعدی به دلیل تشکیل پیوندهای هیدروژن بین زنجیره های مولکولی شکل می گیرد و یک ژل تشکیل می شود ، همانطور که در شکل 5-11 (B) نشان داده شده است.

معمولاً ، هنگامی که دو مؤلفه با ویسکوزیته بسیار متفاوت پیچیده می شوند ، مؤلفه ویسکوزیته بالا تمایل به تشکیل یک فاز پراکنده دارد و در مرحله مداوم مؤلفه ویسکوزیته کم پراکنده می شود.در دماهای پایین ، ویسکوزیته HPMC به طور قابل توجهی پایین تر از HPS است.بنابراین ، HPMC یک مرحله مداوم را در اطراف فاز ژل HPS با ویسکوزیته بالا تشکیل می دهد.در لبه های دو فاز، گروه های هیدروکسیل در زنجیره های HPMC بخشی از آب محدود شده را از دست می دهند و پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی را با زنجیره های مولکولی HPS تشکیل می دهند.در طی فرآیند گرمایش ، زنجیره های مولکولی HPS به دلیل جذب انرژی کافی و پیوندهای هیدروژن با مولکول های آب ایجاد شده و در نتیجه پارگی ساختار ژل ایجاد می شود.در همان زمان، ساختار قفس آب و ساختار پوسته آب در زنجیره HPMC تخریب شد و به تدریج پاره شد تا گروه های آب دوست و خوشه های آبگریز را در معرض دید قرار دهد.در دمای بالا، HPMC یک ساختار شبکه ژلی را به دلیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی و ارتباط آبگریز تشکیل می دهد، و بنابراین تبدیل به یک فاز پراکنده با ویسکوزیته بالا می شود که در فاز پیوسته HPS سیم پیچ های تصادفی پراکنده می شود، همانطور که در شکل 5-11 (c) نشان داده شده است.بنابراین، HPS و HPMC به ترتیب بر خواص رئولوژیکی، خواص ژل و مورفولوژی فاز ژل های کامپوزیت در دماهای پایین و بالا غالب بودند.

ورود گروه های هیدروکسی پروپیل به مولکول های نشاسته، ساختار پیوند هیدروژنی درون مولکولی منظم آن را می شکند، به طوری که مولکول های آمیلوز ژلاتینه شده در حالت متورم و کشیده قرار می گیرند که باعث افزایش حجم موثر هیدراتاسیون مولکول ها می شود و از تمایل مولکول های نشاسته به طور تصادفی جلوگیری می کند. در محلول آبی [362].بنابراین، خواص حجیم و آبدوست هیدروکسی پروپیل، نوترکیب زنجیره های مولکولی آمیلوز و تشکیل نواحی پیوند متقابل را دشوار می کند [233].بنابراین ، با کاهش دما ، در مقایسه با نشاسته بومی ، HPS تمایل به تشکیل یک ساختار شبکه شل و نرم تر دارد.

با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل، قطعات مارپیچ کشیده بیشتری در محلول HPS وجود دارد که می تواند پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی بیشتری را با زنجیره مولکولی HPMC در مرز دو فاز ایجاد کند، بنابراین ساختار یکنواخت تری را تشکیل می دهد.علاوه بر این، هیدروکسی پروپیلاسیون ویسکوزیته نشاسته را کاهش می دهد که باعث کاهش تفاوت ویسکوزیته بین HPMC و HPS در فرمولاسیون می شود.بنابراین، نقطه انتقال فاز در سیستم پیچیده HPMC/HPS با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS به دمای پایین تغییر می‌کند.این می تواند با تغییر ناگهانی ویسکوزیته با دمای نمونه های بازسازی شده در 5.3.4 تأیید شود.

5.4 خلاصه فصل

در این فصل ، محلول های ترکیبی HPMC/HPS با درجه های مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS تهیه شده ، و تأثیر درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS بر خواص رئولوژیکی و خصوصیات ژل HPMC/HPS سیستم ترکیبات گرم و گرم توسط Rheometer مورد بررسی قرار گرفت.توزیع فاز سیستم کامپوزیت HPMC/HPS سرد و ژل داغ با استفاده از آنالیز میکروسکوپ نوری رنگ آمیزی ید مورد بررسی قرار گرفت.یافته های اصلی به شرح زیر است:

1. در دمای اتاق ، ویسکوزیته و نازک شدن برشی محلول ترکیبی HPMC/HPS با افزایش درجه تعویض HPS هیدروکسی پروپیل کاهش یافته است.این امر عمدتاً به این دلیل است که معرفی گروه هیدروکسی پروپیل به مولکول نشاسته ، ساختار پیوند هیدروژن درون مولکولی آن را از بین می برد و آبگریزی نشاسته را بهبود می بخشد.
2. در دمای اتاق، ویسکوزیته صفر برشی h0، شاخص جریان n و ضریب ویسکوزیته K محلول های ترکیبی HPMC/HPS تحت تأثیر هر دو HPMC و هیدروکسی پروپیلاسیون قرار می گیرند.با افزایش محتوای HPMC ، ویسکوزیته برشی صفر H0 کاهش می یابد ، شاخص جریان N افزایش می یابد و ضریب ویسکوزیته K کاهش می یابد.ویسکوزیته برشی صفر h0، شاخص جریان n و ضریب ویسکوزیته K HPS خالص، همگی با هیدروکسیل افزایش می‌یابند با افزایش درجه جایگزینی پروپیل، کوچکتر می‌شود.اما برای سیستم ترکیبی، ویسکوزیته برشی صفر h0 با افزایش درجه جایگزینی کاهش می‌یابد، در حالی که شاخص جریان n و ثابت ویسکوزیته K با افزایش درجه جایگزینی افزایش می‌یابد.
3. روش برشی با پیش برش و تیکسوتروپی سه مرحله‌ای می‌تواند با دقت بیشتری ویسکوزیته، خواص جریان و تیکسوتروپی محلول ترکیب را منعکس کند.
4. منطقه ویسکوالاستیک خطی سیستم ترکیبی HPMC/HPS با کاهش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS باریک می شود.
5. در این سیستم ترکیب ژل داغ ، HPMC و HPS می توانند به ترتیب در دماهای پایین و زیاد مراحل مداوم را تشکیل دهند.این تغییر ساختار فاز می تواند به طور قابل توجهی بر ویسکوزیته کمپلکس، خواص ویسکوالاستیک، وابستگی فرکانس و خواص ژل ژل کمپلکس تأثیر بگذارد.
6. به عنوان فازهای پراکنده ، HPMC و HPS می توانند خصوصیات رئولوژیکی و خصوصیات ژل سیستم های ترکیبی HPMC/HPS را به ترتیب در دماهای بالا و پایین تعیین کنند.منحنی های ویسکوالاستیک نمونه های کامپوزیت HPMC/HPS با HPS در دمای پایین و HPMC در دمای بالا سازگار بود.
7. درجه متفاوتی از اصلاح شیمیایی ساختار نشاسته نیز تأثیر معنی داری بر خواص ژل داشت.نتایج نشان می‌دهد که ویسکوزیته پیچیده، مدول ذخیره‌سازی و مدول تلفات همگی با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل کاهش می‌یابند.بنابراین، هیدروکسی پروپیلاسیون نشاسته بومی می تواند ساختار منظم آن را مختل کند و آب دوستی نشاسته را افزایش دهد و در نتیجه یک بافت ژل نرم ایجاد کند.
8. هیدروکسی پروپیلاسیون می تواند رفتار جامد مانند محلول های نشاسته را در دمای پایین و رفتار مایع مانند در دمای بالا کاهش دهد.در دمای پایین ، مقادیر N ′ و N ″ با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS بزرگتر شد.در دمای بالا ، مقادیر N ′ و N با افزایش درجه تعویض HPS هیدروکسی پروپیل کوچکتر شدند.
9. رابطه بین ریزساختار ، خصوصیات رئولوژیکی و خصوصیات ژل سیستم کامپوزیت HPMC/HPS برقرار شد.هر دو تغییر ناگهانی در منحنی ویسکوزیته سیستم مرکب و پیک tan δ در منحنی ضریب تلفات در دمای 45 درجه سانتیگراد ظاهر می‌شوند که با پدیده فاز هم‌پیوسته مشاهده شده در میکروگراف (در دمای 45 درجه سانتیگراد) مطابقت دارد.

به طور خلاصه ، سیستم کامپوزیت ژل داغ HPMC/HPS دارای مورفولوژی و خواص فاز کنترل دما ویژه است.از طریق اصلاحات شیمیایی مختلف نشاسته و سلولز، سیستم ترکیبی ژل سرد و گرم HPMC/HPS را می توان برای توسعه و کاربرد مواد هوشمند با ارزش بالا مورد استفاده قرار داد.

فصل 6 تأثیر درجه تعویض HPS بر خواص و سازگاری سیستم غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS

از فصل 5 می توان دریافت که تغییر ساختار شیمیایی اجزاء در سیستم ترکیبی، تفاوت در خواص رئولوژیکی، خواص ژل و سایر خواص پردازشی سیستم ترکیبی را تعیین می کند.عملکرد کلی تأثیر قابل توجهی دارد.

این فصل بر تأثیر ساختار شیمیایی اجزا بر روی ریزساختار و خواص ماکروسکوپی غشای کامپوزیت HPMC/HPS تمرکز دارد.همراه با تأثیر فصل 5 بر روی خواص رئولوژیکی سیستم کامپوزیت، خواص رئولوژیکی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS ایجاد شده است - رابطه بین خواص فیلم.

6.1 مواد و تجهیزات

6.1.1 مواد آزمایشی اصلی

6.1.2 ابزار و تجهیزات اصلی

6.2 روش تجربی

6.2.1 آماده سازی غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS با درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS مختلف

غلظت کل محلول ترکیب 8% (وزنی/وزنی)، نسبت ترکیب HPMC/HPS 10:0، 5:5، 0:10، نرم کننده 2.4% (وزنی/وزنی) پلی اتیلن گلیکول، خوراکی است. فیلم کامپوزیت HPMC/HPS با روش ریخته گری تهیه شد.برای روش آماده سازی خاص ، به 3.2.1 مراجعه کنید.

6.2.2 ساختار میکرودومین غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS با درجه های مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS

6.2.2.1 اصل تجزیه و تحلیل ریزساختار پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک با زاویه کوچک Synchrotron

پراکندگی پرتو ایکس فرشته کوچک (SAXS) به پدیده پراکندگی ناشی از تابش پرتو اشعه ایکس به نمونه تحت آزمایش در یک زاویه کوچک نزدیک به پرتو اشعه ایکس اشاره دارد.بر اساس تفاوت چگالی الکترون در مقیاس نانو بین پراکنده و محیط اطراف، پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک معمولاً در مطالعه مواد پلیمری جامد، کلوئیدی و مایع در محدوده نانومقیاس استفاده می‌شود.در مقایسه با فناوری پراش پرتو ایکس با زاویه باز، SAXS می‌تواند اطلاعات ساختاری را در مقیاس بزرگتر به دست آورد، که می‌تواند برای تجزیه و تحلیل ساختار زنجیره‌های مولکولی پلیمری، ساختارهای دوره طولانی، و ساختار فاز و توزیع فاز سیستم‌های پیچیده پلیمری استفاده شود. .منبع نور اشعه ایکس سنکروترون نوع جدیدی از منبع نور با کارایی بالا است که دارای مزایای خلوص بالا، پلاریزاسیون بالا، پالس باریک، روشنایی بالا و همسانی بالا است، بنابراین می تواند اطلاعات ساختاری در مقیاس نانو مواد را سریعتر به دست آورد. و با دقتبا تجزیه و تحلیل طیف SAXS ماده اندازه گیری شده می توان به طور کیفی یکنواختی چگالی ابر الکترونی، یکنواختی چگالی ابر الکترونی تک فاز (انحراف مثبت از قضیه پورود یا دبی) و وضوح رابط دو فازی (انحراف منفی از پورود) را به دست آورد. یا قضیه دبای).خود تشابه پراکنده (این که آیا ویژگی های فراکتالی داشته باشد)، پراکندگی پراکنده (تک پراکندگی یا چند پراکندگی تعیین شده توسط Guinier) و اطلاعات دیگر، و ابعاد فراکتال پراکنده، شعاع چرخش و لایه متوسط ​​واحدهای تکراری را نیز می توان به صورت کمی به دست آورد.ضخامت ، اندازه متوسط ​​، کسری حجم پراکنده ، سطح خاص و سایر پارامترها.

6.2.2.2 روش تست

در مرکز تشعشع سنکروترون استرالیا (کلایتون، ویکتوریا، استرالیا)، منبع تابش سنکروترون پیشرفته نسل سوم جهان (شار 1013 فوتون در ثانیه، طول موج 1.47 Å) برای تعیین ساختار ریز دامنه و سایر اطلاعات مرتبط کامپوزیت استفاده شد. فیلمالگوی پراکندگی دوبعدی نمونه آزمایشی توسط آشکارساز Pilatus 1M (مساحت 169 × 172 میکرومتر، اندازه پیکسل 172 × 172 میکرومتر) جمع‌آوری شد و نمونه اندازه‌گیری شده در محدوده 0.015 < q < 0.15 Å-1 بود. q بردار پراکندگی است) منحنی پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک یک بعدی داخلی از الگوی پراکندگی دو بعدی توسط نرم افزار ScatterBrain به دست می آید و بردار پراکندگی q و زاویه پراکندگی 2 با فرمول i / تبدیل می شوند. طول موج اشعه ایکس کجاست.تمام داده ها قبل از تجزیه و تحلیل داده ها از قبل طبیعی شدند.

6.2.3 تجزیه و تحلیل ترموگراویمتریک غشای کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS

6.2.3.1 اصل تجزیه و تحلیل ترموگراومتری

همانند 3.2.5.1

6.2.3.2 روش تست

به 3.2.5.2 مراجعه کنید

6.2.4 خواص کششی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS

6.2.4.1 اصل تجزیه و تحلیل خاصیت کششی

همانند 3.2.6.1

6.2.4.2 روش تست

3.2.6.2 را ببینید

با استفاده از استاندارد ISO37 ، آن را به شکاف های دمبل شکل ، با طول کل 35 میلی متر ، فاصله بین خطوط علامت گذاری 12 میلی متر و عرض 2 میلی متر برش داده می شود.تمام نمونه های آزمایش در بیش از 3 روز در رطوبت 75 ٪ تعادل یافت.

6.2.5 نفوذپذیری اکسیژن غشای کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS

6.2.5.1 اصل تجزیه و تحلیل نفوذپذیری اکسیژن

همانند 3.2.7.1

6.2.5.2 روش تست

3.2.7.2 را ببینید

6.3 نتایج و بحث

6.3.1 تجزیه و تحلیل ساختار کریستالی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS

شکل 6-1 طیف پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS را نشان می دهد.از شکل مشاهده می شود که در محدوده نسبتاً بزرگ q > 0.3 Å (2θ > 40)، پیک های مشخصه آشکار در تمام نمونه های غشایی ظاهر می شوند.از الگوی پراکندگی اشعه ایکس فیلم جزء خالص (شکل 6-1a)، HPMC خالص دارای یک پیک مشخصه پراکندگی پرتو ایکس در 0.569 Å است، که نشان می دهد HPMC دارای یک پیک پراکندگی پرتو ایکس در زاویه باز است. منطقه 7.70 (2θ> 50).قله های مشخصه کریستال، نشان می دهد که HPMC ساختار کریستالی خاصی در اینجا دارد.هر دو نمونه فیلم نشاسته خالص A939 و A1081 یک اوج پراکندگی پرتو ایکس متمایز در 0.397 Å نشان دادند، که نشان می‌دهد HPS دارای یک قله مشخصه کریستالی در ناحیه زاویه باز 5.30 است که مربوط به قله کریستالی نوع B نشاسته است.از شکل به وضوح می توان دید که A939 با جایگزینی هیدروکسی پروپیل کم دارای مساحت پیک بیشتری نسبت به A1081 با جایگزینی زیاد است.این امر عمدتاً به این دلیل است که معرفی گروه هیدروکسی پروپیل به زنجیره مولکولی نشاسته ، ساختار اصلی مولکول های نشاسته را می شکند ، دشواری بازآرایی و اتصال متقابل بین زنجیرهای مولکولی نشاسته را افزایش می دهد و درجه مجدداً نشاسته را کاهش می دهد.با افزایش درجه تعویض گروه هیدروکسی پروپیل ، اثر مهاری گروه هیدروکسی پروپیل در تبلور نشاسته آشکارتر است.

می توان از طیف پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک نمونه های کامپوزیتی (شکل 6-1b) مشاهده کرد که فیلم های کامپوزیتی HPMC-HPS همگی پیک های مشخصه آشکاری را در 0.569 Å و 0.397 Å نشان دادند که مربوط به کریستال 7.70 HPMC است. به ترتیب قله های مشخصه.منطقه اوج تبلور HPS فیلم کامپوزیت HPMC/A939 به طور قابل توجهی بزرگتر از فیلم کامپوزیت HPMC/A1081 است.بازآرایی سرکوب شده است، که با تغییر ناحیه اوج تبلور HPS با درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل در فیلم‌های جزء خالص مطابقت دارد.منطقه اوج کریستالی مربوط به HPMC در 7.70 برای غشاهای کامپوزیت با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS تغییر زیادی نکرد.در مقایسه با طیف نمونه های مؤلفه خالص (شکل 5-1A) ، مناطق قله های تبلور HPMC و قله های تبلور HPS نمونه های کامپوزیت کاهش یافته است ، که نشان می دهد از طریق ترکیب این دو ، HPMC و HPS می توانند برای مؤثر باشند گروه دیگرپدیده تبلور مجدد مواد جداسازی فیلم نقش بازدارنده خاصی دارد.

شکل 6-1 SAXS طیف فیلم های ترکیبی HPMC/HPS با درجه تعویض هیدروکسی پروپیل مختلف HPS

در نتیجه، افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS و ترکیب دو جزء می تواند پدیده تبلور مجدد غشای کامپوزیت HPMC/HPS را تا حد مشخصی مهار کند.افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS عمدتاً از تبلور مجدد HPS در غشای کامپوزیت جلوگیری می کند، در حالی که ترکیب دو جزئی نقش بازدارنده خاصی در تبلور مجدد HPS و HPMC در غشای کامپوزیت ایفا می کند.

6.3.2 تجزیه و تحلیل ساختار فراکتالی خودی از غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS با درجه های تعویض هیدروکسی پروپیل HPS مختلف

متوسط ​​طول زنجیره (R) مولکول های پلی ساکارید مانند مولکول های نشاسته و مولکول های سلولز در محدوده 1000-1500 نانومتر و q در محدوده 0.01-0.1 Å-1 است، با qR >> 1. فرمول پورود، نمونه های فیلم پلی ساکارید را می توان مشاهده کرد رابطه بین شدت پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک و زاویه پراکندگی عبارت است از:

در میان این ، من (q) شدت پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک هستم.

q زاویه پراکندگی است.

α شیب پورود است.

شیب Porod α مربوط به ساختار فراکتال است.اگر α < 3، نشان می دهد که ساختار مواد نسبتاً شل است، سطح پراکنده صاف است، و یک فراکتال جرمی است، و بعد فراکتالی آن D = α است.اگر 3 <α <4 باشد، نشان می دهد که ساختار ماده متراکم است و پراکنده سطح ناهموار است که یک فراکتال سطحی است و بعد فراکتالی آن D = 6 – α است.

شکل 6-2 نمودارهای lnI(q)-lnq غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS را با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS نشان می دهد.از این شکل می توان دید که همه نمونه ها یک ساختار فراکتالی خودی را در یک محدوده خاص ارائه می دهند ، و شیب Porod α کمتر از 3 است ، نشان می دهد که فیلم کامپوزیت فراکتال جرم را نشان می دهد ، و سطح فیلم کامپوزیت نسبتاً است صاف.ابعاد فراکتال جرمی غشاهای کامپوزیتی HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS در جدول 6-1 نشان داده شده است.

جدول 6-1 ابعاد فراکتال غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS را نشان می دهد.از جدول می توان مشاهده کرد که برای نمونه های خالص HPS ، ابعاد فراکتال A939 با هیدروکسی پروپیل کم جایگزین بسیار بالاتر از A1081 است که با هیدروکسی پروپیل بالا جایگزین شده است ، که نشان می دهد با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل ، در غشای چگالی ساختار خودی به طور قابل توجهی کاهش می یابد.این امر به این دلیل است که معرفی گروه های هیدروکسی پروپیل بر روی زنجیره مولکولی نشاسته به طور قابل توجهی مانع پیوند متقابل بخش های HPS می شود و در نتیجه باعث کاهش تراکم ساختار خودی در فیلم می شود.گروه های هیدروکسی پروپیل آبگریز می توانند پیوندهای هیدروژن بین مولکولی را با مولکول های آب تشکیل دهند و تعامل بین بخش های مولکولی را کاهش دهند.گروه های هیدروکسی پروپیل بزرگتر نوترکیبی و اتصال متقابل بین بخش های مولکولی نشاسته را محدود می کنند ، بنابراین با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل ، HPS یک ساختار خودکشی سست تر را تشکیل می دهد.

برای سیستم ترکیبی HPMC/A939 ، ابعاد فراکتال HPS بالاتر از HPMC است ، به این دلیل که نشاسته مجدداً تبلور می یابد و یک ساختار مرتب تر بین زنجیره های مولکولی شکل می گیرد ، که منجر به ساختار خودی در غشای می شود. .تراکم بالا.ابعاد فراکتال نمونه مرکب پایین تر از دو مؤلفه خالص است ، زیرا از طریق ترکیب ، اتصال متقابل بخش های مولکولی دو مؤلفه توسط یکدیگر مانع می شود و در نتیجه چگالی ساختارهای خودی کاهش می یابد.در مقابل ، در سیستم ترکیبی HPMC/A1081 ، بعد فراکتال HPS بسیار پایین تر از HPMC است.این به این دلیل است که معرفی گروه های هیدروکسی پروپیل در مولکول های نشاسته به طور قابل توجهی از تبلور مجدد نشاسته جلوگیری می کند.ساختار خود مشابه در چوب شل تر است.در همان زمان ، ابعاد فراکتال نمونه ترکیبی HPMC/A1081 بالاتر از HPS خالص است ، که همچنین با سیستم ترکیبی HPMC/A939 تفاوت معنی داری دارد.ساختار خودی خود ، مولکول های HPMC مانند زنجیره ای می توانند وارد حفره ساختار سست خود شوند و از این طریق چگالی ساختار خودی HPS را بهبود بخشند ، که همچنین نشان می دهد HP ها با تعویض هیدروکسی پروپیل بالا می توانند پس از ترکیب یک مجموعه یکنواخت تر تشکیل دهند با HPMCعناصر.از داده های خصوصیات رئولوژیکی ، مشاهده می شود که هیدروکسی پروپیلاسیون می تواند ویسکوزیته نشاسته را کاهش دهد ، بنابراین در طی فرآیند ترکیب ، اختلاف ویسکوزیته بین دو مؤلفه در سیستم ترکیب کاهش می یابد ، که این امر منجر به شکل گیری همگن می شود. ترکیب.

شکل 6-2 الگوهای lnI(q)-lnq و منحنی های تناسب آن برای فیلم های ترکیبی HPMC/HPS با درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل مختلف HPS

جدول 6-1 پارامترهای ساختار فراکتالی فیلم های ترکیبی HPS/HPMC با درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل مختلف HPS

برای غشاهای کامپوزیت با همان نسبت ترکیب ، بعد فراکتال نیز با افزایش درجه تعویض گروه هیدروکسی پروپیل کاهش می یابد.ورود هیدروکسی پروپیل به مولکول HPS می تواند پیوند متقابل بخش های پلیمری در سیستم ترکیب را کاهش دهد و از این طریق چگالی غشای کامپوزیت را کاهش دهد.HPS با تعویض هیدروکسی پروپیل بالا سازگاری بهتری با HPMC دارد ، شکل گیری یکنواخت و متراکم آسان تر است.بنابراین ، چگالی ساختار خودی در غشای کامپوزیت با افزایش درجه تعویض HPS کاهش می یابد ، که نتیجه تأثیر مفصل درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS و سازگاری دو مؤلفه در کامپوزیت است. سیستم.

6.3.3 تجزیه و تحلیل پایداری حرارتی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

برای آزمایش پایداری حرارتی فیلم های کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS با درجات مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل از آنالیزور حرارتی استفاده شد.شکل 6-3 منحنی ترموگراویمتریک (TGA) و منحنی میزان کاهش وزن آن (DTG) فیلم های کامپوزیت با درجات مختلف HPS تعویض هیدروکسی پروپیل را نشان می دهد.می توان از منحنی TGA در شکل 6-3 (الف) مشاهده کرد که نمونه های غشای مرکب با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS.با افزایش دما دو مرحله تغییر ترموگراویمتری آشکار وجود دارد.اول ، یک مرحله کاهش وزن کوچک در دمای 180 ~ 180 درجه سانتیگراد وجود دارد که عمدتاً در اثر فرار از آب جذب شده توسط ماکرومولکول پلی ساکارید ایجاد می شود.یک فاز کاهش وزن زیاد در دمای 450 ~ 300 درجه سانتیگراد وجود دارد که فاز تخریب حرارتی واقعی است ، که عمدتا در اثر تخریب حرارتی HPMC و HPS ایجاد می شود.همچنین می توان از این شکل مشاهده کرد که منحنی های کاهش وزن HPS با درجات مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل مشابه است و به طور قابل توجهی متفاوت از HPMC است.بین دو نوع منحنی کاهش وزن برای نمونه های HPMC خالص و HPS خالص.

از منحنی های DTG در شکل 6-3 (b) ، می توان دریافت که دمای تخریب حرارتی HPS خالص با درجه های مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل بسیار نزدیک است ، و دمای اوج تخریب حرارتی نمونه های A939 و A081 310 درجه سانتیگراد است و 305 درجه سانتیگراد ، به ترتیب دمای اوج تخریب حرارتی نمونه HPMC خالص به طور قابل توجهی بالاتر از HPS است و دمای اوج آن 365 درجه سانتیگراد است.فیلم کامپوزیت HPMC/HPS دارای دو قله تخریب حرارتی بر روی منحنی DTG است که به ترتیب مربوط به تخریب حرارتی HPS و HPMC است.قله های مشخصه ، که نشان می دهد درجه خاصی از جداسازی فاز در سیستم کامپوزیت با نسبت کامپوزیت 5: 5 وجود دارد ، که با نتایج تخریب حرارتی فیلم کامپوزیت با نسبت کامپوزیت 5: 5 در فصل 3 سازگار است دمای اوج تخریب حرارتی نمونه های فیلم کامپوزیت HPMC/A939 به ترتیب 302 درجه سانتیگراد و 363 درجه سانتیگراد بود.دمای اوج تخریب حرارتی نمونه های فیلم کامپوزیت HPMC/A1081 به ترتیب 306 درجه سانتیگراد و 363 درجه سانتیگراد بود.درجه حرارت اوج نمونه های فیلم کامپوزیت به دمای پایین تر از نمونه های مؤلفه خالص منتقل شد ، که نشان داد که پایداری حرارتی نمونه های کامپوزیت کاهش یافته است.برای نمونه هایی با نسبت ترکیب یکسان ، دمای اوج تخریب حرارتی با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل کاهش می یابد ، نشان می دهد که پایداری حرارتی فیلم کامپوزیت با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل کاهش یافته است.این امر به این دلیل است که معرفی گروه های هیدروکسی پروپیل به مولکول های نشاسته باعث کاهش تعامل بین بخش های مولکولی می شود و بازآرایی منظم مولکولها را مهار می کند.مطابق با نتایج است که چگالی ساختارهای خودی با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل کاهش می یابد.

شکل 6-3 منحنی های TGA (الف) و منحنی های مشتق شده آنها (DTG) (ب) فیلم های مخلوط HPMC/HPS با درجه های مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

6.3.4 تجزیه و تحلیل خواص مکانیکی غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS با درجه های مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS

شکل 6-5 خواص کششی لایه های HPMC/HPS با درجه های مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

خصوصیات کششی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS با درجه های تعویض هیدروکسی پروپیل HPS مختلف توسط آنالایزر خاصیت مکانیکی در 25 درجه سانتیگراد و 75 ٪ رطوبت نسبی مورد آزمایش قرار گرفت.شکل 6-5 مدول الاستیک (A) ، کشیدگی در شکست (B) و مقاومت کششی (C) فیلم های کامپوزیت با درجه های مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS را نشان می دهد.از این شکل می توان مشاهده کرد که برای سیستم ترکیبی HPMC/A1081 ، با افزایش محتوای HPS ، مدول الاستیک و مقاومت کششی فیلم کامپوزیت به تدریج کاهش می یابد و طول کشش در استراحت به طور قابل توجهی افزایش یافته است ، که مطابق با 3.3 بود. 5 رطوبت متوسط ​​و زیاد.نتایج غشای کامپوزیت با نسبت های مختلف ترکیب سازگار بود.

برای غشاهای HPS خالص ، هر دو مدول الاستیک و مقاومت کششی با کاهش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS افزایش یافته ، نشان می دهد که هیدروکسی پروپیلاسیون سفتی غشای کامپوزیت را کاهش می دهد و انعطاف پذیری آن را بهبود می بخشد.این امر عمدتاً به این دلیل است که با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل ، آبگریز HPS افزایش می یابد و ساختار غشای بیشتر می شود ، که مطابق با این نتیجه است که بعد فراکتال با افزایش درجه تعویض در زاویه کوچک X- کاهش می یابد. تست پراکندگی ری.با این حال ، کشیدگی در استراحت با کاهش درجه تعویض گروه هیدروکسی پروپیل HPS کاهش می یابد ، که عمدتاً به این دلیل است که ورود گروه هیدروکسی پروپیل به مولکول نشاسته می تواند باعث تبلور مجدد نشاسته شود.نتایج مطابق با افزایش و کاهش است.

برای غشای کامپوزیت HPMC/HPS با همان نسبت ترکیب ، مدول الاستیک مواد غشایی با کاهش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS افزایش می یابد و استحکام کششی و کشش در هر دو با کاهش درجه تعویض کاهش می یابد.شایان ذکر است که خصوصیات مکانیکی غشاهای کامپوزیت با نسبت ترکیب با درجات مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS کاملاً متفاوت است.این امر عمدتاً به این دلیل است که خصوصیات مکانیکی غشای کامپوزیت نه تنها تحت تأثیر درجه تعویض HPS در ساختار غشای ، بلکه با سازگاری بین اجزای موجود در سیستم مرکب نیز تحت تأثیر قرار می گیرد.ویسکوزیته HPS با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل کاهش می یابد ، تشکیل یک ترکیب یکنواخت با ترکیب مطلوب تر است.

6.3.5 تجزیه و تحلیل نفوذپذیری اکسیژن غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS با درجات مختلف جایگزینی هیدروکسی پروپیل HPS

اکسیداسیون ناشی از اکسیژن مرحله اولیه در بسیاری از روشهای ایجاد فساد غذایی است ، بنابراین فیلم های کامپوزیت خوراکی با خاصیت سد اکسیژن خاص می توانند کیفیت مواد غذایی را بهبود بخشند و ماندگاری غذایی را طولانی تر کنند [108 ، 364].بنابراین ، میزان انتقال اکسیژن غشای کامپوزیت HPMC/HPS با درجه های تعویض هیدروکسی پروپیل HPS مختلف اندازه گیری شد و نتایج در شکل 5-6 نشان داده شده است.از این شکل می توان مشاهده کرد که نفوذپذیری اکسیژن تمام غشاهای HPS خالص بسیار پایین تر از غشاهای HPMC خالص است ، نشان می دهد که غشاهای HPS دارای خاصیت سد اکسیژن بهتر از غشاهای HPMC هستند ، که با نتایج قبلی سازگار است.برای غشاهای HPS خالص با درجات مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل ، میزان انتقال اکسیژن با افزایش درجه تعویض افزایش می یابد ، که نشان می دهد منطقه ای که اکسیژن در مواد غشایی نفوذ می کند افزایش می یابد.این مطابق با تجزیه و تحلیل ریزساختار پراکندگی اشعه ایکس زاویه ای کوچک است که ساختار غشای با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل شل تر می شود ، بنابراین کانال نفوذ اکسیژن در غشای بزرگتر می شود و اکسیژن موجود در غشای با افزایش منطقه ، میزان انتقال اکسیژن نیز به تدریج افزایش می یابد.

شکل 6-6 نفوذپذیری اکسیژن فیلم های HPS/HPMC با درجه تعویض هیدروکسی پروپیل مختلف HPS

برای غشای کامپوزیت با درجه های تعویض هیدروکسی پروپیل HPS مختلف ، میزان انتقال اکسیژن با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل کاهش می یابد.این امر عمدتاً به این دلیل است که در سیستم ترکیبی 5: 5 ، HPS در قالب فاز پراکنده در فاز مداوم HPMC کم ویسکوزیته وجود دارد و ویسکوزیته HPS با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل کاهش می یابد.هرچه اختلاف ویسکوزیته کوچکتر باشد ، برای تشکیل یک ترکیب همگن مساعدتر تر ، کانال نفوذ اکسیژن در مواد غشایی بیشتر و بیشتر می شود و میزان انتقال اکسیژن کوچکتر است.

6.4 خلاصه فصل

در این فصل ، فیلم های کامپوزیت خوراکی HPMC/HPS با ریخته گری HPS و HPMC با درجه های مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل و اضافه کردن پلی اتیلن گلیکول به عنوان پلاستیک ساز تهیه شدند.تأثیر درجه های مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS بر ساختار کریستال و ساختار میکرودومین غشای کامپوزیت توسط فناوری پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک Synchrotron مورد بررسی قرار گرفت.اثرات درجه های مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS بر پایداری حرارتی ، خواص مکانیکی و نفوذپذیری اکسیژن غشاهای کامپوزیت و قوانین آنها توسط آنالایزر ترموگراویمتریک ، تست کننده خاصیت مکانیکی و تستر نفوذپذیری اکسیژن مورد بررسی قرار گرفت.یافته های اصلی به شرح زیر است:

1. برای غشای کامپوزیتی HPMC/HPS با نسبت ترکیبی یکسان، با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل، سطح پیک تبلور مربوط به HPS در 5.30 کاهش می یابد، در حالی که سطح پیک تبلور مربوط به HPMC در 7.70 تغییر زیادی نمی کند، که نشان می دهد که هیدروکسی پروپیلاسیون نشاسته می تواند از تبلور مجدد نشاسته در فیلم کامپوزیت جلوگیری کند.
2. در مقایسه با غشای مؤلفه خالص HPMC و HPS ، مناطق اوج تبلور HPS (5.30) و HPMC (7.70) از غشاهای کامپوزیت کاهش می یابد ، این نشان می دهد که از طریق ترکیب این دو ، HPMC و HPS می توانند در آن مؤثر باشند غشاهای کامپوزیت.تبلور مجدد مؤلفه دیگر نقش مهاری خاصی را ایفا می کند.
3. تمام غشاهای کامپوزیت HPMC/HPS ساختار فراکتالی جرم خود را نشان داد.برای غشاهای کامپوزیت با همان نسبت ترکیب ، چگالی مواد غشایی با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل به طور قابل توجهی کاهش یافته است.تعویض کم هیدروکسی پروپیل HPS چگالی مواد غشای کامپوزیت به طور قابل توجهی پایین تر از ماده مؤلفه دو قیمتی است ، در حالی که چگالی مواد غشای کامپوزیت با درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS بالا بالاتر از غشای HPS خالص است ، یعنی یعنی عمدتا به این دلیل که چگالی مواد غشای کامپوزیت در همان زمان تحت تأثیر قرار می گیرد.تأثیر هیدروکسی پروپیلاسیون HPS بر کاهش اتصال قطعه پلیمر و سازگاری بین دو مؤلفه سیستم ترکیبی.
4. هیدروکسی پروپیلاسیون HPS می تواند پایداری حرارتی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS را کاهش دهد ، و دمای اوج تخریب حرارتی فیلم های کامپوزیت با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل ، به منطقه دمای پایین تغییر می کند ، به این دلیل.مقدمه تعامل بین بخش های مولکولی را کاهش می دهد و بازآرایی منظم مولکول ها را مهار می کند.
5. مدول الاستیک و استحکام کششی غشای HPS خالص با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS کاهش یافته است ، در حالی که کشیدگی در زمان استراحت افزایش یافته است.این امر عمدتاً به این دلیل است که هیدروکسی پروپیلاسیون باعث تبلور مجدد نشاسته می شود و باعث می شود فیلم کامپوزیت یک ساختار شل کننده باشد.
6. مدول الاستیک فیلم کامپوزیت HPMC/HPS با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS کاهش یافته است ، اما استحکام کششی و کشش در زمان استراحت افزایش یافته است ، زیرا خصوصیات مکانیکی فیلم کامپوزیت تحت تأثیر درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS قرار نگرفت.علاوه بر تأثیر ، تحت تأثیر سازگاری دو مؤلفه سیستم مرکب نیز تحت تأثیر قرار می گیرد.
7. نفوذپذیری اکسیژن HPS خالص با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل افزایش می یابد ، زیرا هیدروکسی پروپیلاسیون چگالی منطقه آمورف HPS را کاهش می دهد و باعث افزایش سطح نفوذ اکسیژن در غشای می شود.غشای کامپوزیت HPMC/HPS نفوذپذیری اکسیژن با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل کاهش می یابد ، که عمدتاً به این دلیل است که HPS hyperhydroxypropylated سازگاری بهتری با HPMC دارد ، که منجر به افزایش شکنجه کانال اکسیژن در غشای کامپوزیت می شود.کاهش نفوذپذیری اکسیژن.

نتایج تجربی فوق نشان می دهد که خواص ماکروسکوپی مانند خصوصیات مکانیکی ، پایداری حرارتی و نفوذپذیری اکسیژن غشای کامپوزیت HPMC/HPS از نزدیک با ساختار کریستالی داخلی آنها و ساختار منطقه آمورف ارتباط دارد ، که نه تنها تحت تأثیر تعویض هیدروکسی پروپیل HPS ، اما کمرنگ همچنین توسط این مجموعه.تأثیر سازگاری دو جزء سیستم های لیگاند.

نتیجه گیری و چشم انداز

1. نتیجه

در این مقاله ، ژل حرارتی HPMC و HP های ژل سرد پیچیده شده اند و سیستم ترکیب ژل HPMC/HPS سرد و گرم ساخته شده است.غلظت محلول ، نسبت مرکب و اثر برش بر روی سیستم مرکب به طور سیستماتیک تأثیر خواص رئولوژیکی مانند ویسکوزیته ، شاخص جریان و تیکسوتروپی ، همراه با خصوصیات مکانیکی ، خصوصیات حرارتی دینامیکی ، نفوذپذیری اکسیژن ، خصوصیات انتقال نور و پایداری حرارتی حرارتی را مورد بررسی قرار می دهد. فیلم های کامپوزیت تهیه شده به روش ریخته گری.خواص جامع و رنگ آمیزی شراب ید سازگاری ، انتقال فاز و مورفولوژی فاز سیستم کامپوزیت توسط میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت و رابطه بین ریزساختار و خصوصیات ماکروسکوپی HPMC/HPS برقرار شد.به منظور کنترل خواص کامپوزیت ها با کنترل ساختار فاز و سازگاری سیستم کامپوزیت HPMC/HPS با توجه به رابطه بین خصوصیات ماکروسکوپی و ساختار میکرومورفولوژیکی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS.با مطالعه اثرات HPS اصلاح شده شیمیایی با درجات مختلف بر روی خصوصیات رئولوژیکی ، خصوصیات ژل ، ریزساختار و خواص ماکروسکوپی غشاها ، رابطه بین ریزساختار و خاصیت ماکروسکوپی سیستم HPMC/HPS SYSTEM SYSTEM HPMC/HPS و گرم بیشتر مورد بررسی قرار گرفت.رابطه بین این دو و یک مدل فیزیکی برای روشن شدن مکانیسم ژل و عوامل تأثیرگذار آن و قوانین ژل سرما و گرم در سیستم ترکیبی برقرار شد.مطالعات مرتبط نتیجه گیری های زیر را به دست آورده است.

1. تغییر نسبت ترکیب سیستم ترکیبی HPMC/HPS می تواند به طور قابل توجهی خواص رئولوژیکی مانند ویسکوزیته ، سیالیت و تیکسوتروپی HPMC را در دمای پایین بهبود بخشد.رابطه بین خصوصیات رئولوژیکی و ریزساختار سیستم مرکب بیشتر مورد بررسی قرار گرفت.نتایج خاص به شرح زیر است:

(1) در دمای پایین ، سیستم ترکیبی یک ساختار فاز پراکنده فاز "دریای دریا" است و انتقال فاز مداوم در 4: 6 با کاهش نسبت ترکیب HPMC/HPS رخ می دهد.هنگامی که نسبت مرکب زیاد است (محتوای HPMC بیشتر) ، HPMC با ویسکوزیته کم مرحله مداوم است و HPS فاز پراکنده است.برای سیستم ترکیبی HPMC/HPS ، هنگامی که مؤلفه کم ویسکوزیته فاز مداوم است و مؤلفه ویسکوزیته بالا فاز مداوم است ، سهم ویسکوزیته فاز مداوم در ویسکوزیته سیستم ترکیبی تفاوت معنی داری دارد.هنگامی که HPMC کم ویسکوزیته فاز مداوم است ، ویسکوزیته سیستم مرکب به طور عمده منعکس کننده سهم ویسکوزیته فاز مداوم است.هنگامی که HPS با ویسکوزیته بالا فاز مداوم است ، HPMC به عنوان مرحله پراکنده باعث کاهش ویسکوزیته HPS با ویسکوزیته بالا می شود.اثربا افزایش محتوای HPS و غلظت محلول در سیستم مرکب ، ویسکوزیته و پدیده نازک شدن برشی به تدریج افزایش یافته ، سیالیت کاهش می یابد و رفتار جامد مانند سیستم ترکیب افزایش می یابد.ویسکوزیته و تیکسوتروپی HPMC با فرمولاسیون با HPS متعادل می شوند.

(2) برای یک سیستم ترکیبی 5: 5 ، HPMC و HPS به ترتیب می توانند مراحل مداوم را در دماهای پایین و زیاد تشکیل دهند.این تغییر ساختار فاز می تواند به طور قابل توجهی بر ویسکوزیته پیچیده ، خصوصیات ویسکوالاستیک ، وابستگی فرکانس و خصوصیات ژل ژل پیچیده تأثیر بگذارد.به عنوان فازهای پراکنده ، HPMC و HPS می توانند خصوصیات رئولوژیکی و خصوصیات ژل سیستم های ترکیبی HPMC/HPS را به ترتیب در دماهای بالا و پایین تعیین کنند.منحنی های ویسکوالاستیک نمونه های کامپوزیت HPMC/HPS با HPS در دمای پایین و HPMC در دمای بالا سازگار بود.

(3) رابطه بین ریزساختار ، خصوصیات رئولوژیکی و خصوصیات ژل سیستم کامپوزیت HPMC/HPS برقرار شد.هر دو تغییر ناگهانی در منحنی ویسکوزیته سیستم مرکب و اوج دلتا برنزه در منحنی ضریب از دست دادن در 45 درجه سانتیگراد ظاهر می شوند ، که با پدیده فاز همیشگی مشاهده شده در میکروگراف (در دمای 45 درجه سانتیگراد) سازگار است.

1. با مطالعه ریزساختار و خصوصیات مکانیکی ، خصوصیات ترمومکانیکی پویا ، انتقال نور ، نفوذپذیری اکسیژن و پایداری حرارتی غشاهای کامپوزیت تهیه شده تحت نسبت های مختلف ترکیبی و غلظت محلول ، همراه با رنگ آمیزی ید ، فن آوری میکروسکوپی نوری ، در مورد مورفولوژی فاز ، انتقال فاز و ترکیبات سازگاری تحقیق می کند. از مجتمع ها مورد بررسی قرار گرفت و رابطه بین ریزساختار و خصوصیات ماکروسکوپی مجتمع ها برقرار شد.نتایج خاص به شرح زیر است:

(1) هیچ رابط دو فاز آشکار در تصاویر SEM از فیلم های کامپوزیت با نسبت های مختلف ترکیب وجود ندارد.بیشتر فیلم های کامپوزیت در نتایج DMA فقط یک نقطه انتقال شیشه ای دارند و بیشتر فیلم های کامپوزیت فقط یک اوج تخریب حرارتی در منحنی DTG دارند.اینها با هم نشان می دهند که HPMC سازگاری خاصی با HPS دارد.

(2) رطوبت نسبی تأثیر معنی داری بر خصوصیات مکانیکی فیلم های کامپوزیت HPMC/HPS دارد و میزان اثر آن با افزایش محتوای HPS افزایش می یابد.در رطوبت نسبی پایین ، هم مدول الاستیک و هم مقاومت کششی فیلم های کامپوزیت با افزایش محتوای HPS افزایش یافته و کشیدگی در شکسته شدن فیلم های کامپوزیت به طور قابل توجهی پایین تر از فیلم های مؤلفه خالص بود.با افزایش رطوبت نسبی ، مدول الاستیک و استحکام کششی فیلم کامپوزیت کاهش یافته و کشیدگی در استراحت به طور قابل توجهی افزایش یافته است ، و رابطه بین خصوصیات مکانیکی فیلم کامپوزیت و نسبت ترکیب یک الگوی تغییر کاملاً متضاد را نشان می دهد رطوبت نسبی.خصوصیات مکانیکی غشاهای کامپوزیت با نسبت های مختلف ترکیبی ، تقاطع را در شرایط رطوبت نسبی مختلف نشان می دهد ، که امکان بهینه سازی عملکرد محصول را با توجه به نیازهای مختلف کاربردی فراهم می کند.

(3) رابطه بین ریزساختار ، انتقال فاز ، شفافیت و خصوصیات مکانیکی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS برقرار شد.آ.کمترین نقطه شفافیت سیستم مرکب با نقطه انتقال فاز HPMC از فاز مداوم به مرحله پراکنده و حداقل نقطه کاهش مدول کششی سازگار است.بمدول و کشیدگی جوان در هنگام استراحت با افزایش غلظت محلول ، که علّی با تغییر مورفولوژیکی HPMC از فاز مداوم به فاز پراکنده در سیستم ترکیب مرتبط است.

(4) افزودن HPS باعث افزایش تورم کانال نفوذ اکسیژن در غشای کامپوزیت می شود ، به طور قابل توجهی نفوذپذیری اکسیژن غشای را کاهش می دهد و عملکرد سد اکسیژن غشای HPMC را بهبود می بخشد.

1. تأثیر اصلاح شیمیایی HPS بر خصوصیات رئولوژیکی سیستم کامپوزیت و خصوصیات جامع غشای کامپوزیت مانند ساختار کریستال ، ساختار منطقه آمورف ، خواص مکانیکی ، نفوذپذیری اکسیژن و پایداری حرارتی مورد بررسی قرار گرفت.نتایج خاص به شرح زیر است:

(1) هیدروکسی پروپیلاسیون HPS می تواند ویسکوزیته سیستم ترکیب را در دمای پایین کاهش دهد ، سیالیت محلول ترکیب را بهبود بخشد و پدیده نازک شدن برشی را کاهش دهد.هیدروکسی پروپیلاسیون HPS می تواند ناحیه ویسکوالاستیک خطی سیستم ترکیب را محدود کند ، دمای انتقال فاز سیستم ترکیبی HPMC/HPS را کاهش دهد و رفتار جامد مانند سیستم ترکیب را در دمای پایین و سیالیت در دمای بالا بهبود بخشد.

(2) هیدروکسی پروپیلاسیون HPS و بهبود سازگاری این دو مؤلفه می تواند به طور قابل توجهی از تبلور مجدد نشاسته در غشای مهار شود و شکل گیری یک ساختار خودی سست را در غشای کامپوزیت ترویج کند.معرفی گروه های هیدروکسی پروپیل حجیم بر روی زنجیره مولکولی نشاسته ، اتصال متقابل و بازآرایی منظم بخش های مولکولی HPS را محدود می کند ، و در نتیجه تشکیل ساختار خودکشی تر از HPS است.برای سیستم پیچیده ، افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل به مولکول های HPMC مانند زنجیره ای اجازه می دهد تا وارد منطقه حفره گشاد HPS شوند ، که باعث بهبود سازگاری سیستم پیچیده و بهبود تراکم ساختار خودی HPS می شود.سازگاری سیستم مرکب با افزایش درجه تعویض گروه هیدروکسی پروپیل ، که مطابق با نتایج خواص رئولوژیکی است ، افزایش می یابد.

(3) خواص ماکروسکوپی مانند خصوصیات مکانیکی ، پایداری حرارتی و نفوذپذیری اکسیژن غشای کامپوزیت HPMC/HPS از نزدیک با ساختار کریستالی داخلی آن و ساختار منطقه آمورف ارتباط نزدیکی دارند.اثر ترکیبی دو اثر سازگاری دو مؤلفه.

1. با بررسی اثرات غلظت محلول ، دما و اصلاح شیمیایی HPS بر خصوصیات رئولوژیکی سیستم ترکیب ، مکانیسم ژل سازی سیستم ترکیب ژل معکوس HPMC/HPS HPS HPMC مورد بحث قرار گرفت.نتایج خاص به شرح زیر است:

(1) در سیستم مرکب غلظت بحرانی (8 ٪) وجود دارد ، زیر غلظت بحرانی ، HPMC و HPS در زنجیره های مولکولی مستقل و مناطق فاز وجود دارد.با رسیدن غلظت بحرانی ، فاز HPS در محلول به عنوان میعانات تشکیل می شود.مرکز ژل یک ساختار میکروژل است که با درهم آمیختگی زنجیرهای مولکولی HPMC متصل می شود.بالاتر از غلظت بحرانی ، در هم تنیده پیچیده تر و تعامل قوی تر است و محلول رفتاری مشابه با ذوب پلیمر را نشان می دهد.

(2) سیستم پیچیده دارای نقطه انتقال فاز مداوم با تغییر دما است که مربوط به رفتار ژل HPMC و HPS در سیستم پیچیده است.در دماهای پایین ، ویسکوزیته HPMC به طور قابل توجهی پایین تر از HPS است ، بنابراین HPMC یک فاز مداوم اطراف فاز ژل HPS با ویسکوزیته بالا را تشکیل می دهد.در لبه های دو مرحله ، گروه های هیدروکسیل در زنجیره HPMC بخشی از آب اتصال خود را از دست می دهند و پیوندهای هیدروژن بین مولکولی را با زنجیره مولکولی HPS تشکیل می دهند.در طی فرآیند گرمایش ، زنجیره های مولکولی HPS به دلیل جذب انرژی کافی و پیوندهای هیدروژن با مولکول های آب ایجاد شده و در نتیجه پارگی ساختار ژل ایجاد می شود.در عین حال ، قفس آب و سازه های پوسته آب روی زنجیرهای HPMC از بین رفت و به تدریج برای افشای گروه های آبگریز و خوشه های آبگریز پارگی شد.در دمای بالا ، HPMC به دلیل پیوندهای هیدروژن بین مولکولی و ارتباط آبگریز ، ساختار شبکه ژل را تشکیل می دهد ، و بنابراین به یک فاز پراکنده با ویسکوزیته پراکنده در مرحله مداوم HPS کویل های تصادفی تبدیل می شود.

(3) با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPS ، سازگاری سیستم ترکیبی HPMC/HPS بهبود می یابد و دمای انتقال فاز در سیستم ترکیب به دمای پایین حرکت می کند.با افزایش درجه تعویض هیدروکسی پروپیل ، قطعات مارپیچی کشیده تری در محلول HPS وجود دارد که می تواند پیوندهای هیدروژن بین مولکولی بیشتری با زنجیره مولکولی HPMC در مرز دو مرحله ایجاد کند ، بنابراین یک ساختار یکنواخت تر تشکیل می دهد.هیدروکسی پروپیلاسیون ویسکوزیته نشاسته را کاهش می دهد ، به طوری که اختلاف ویسکوزیته بین HPMC و HPS در ترکیب باریک می شود ، که منجر به تشکیل یک ترکیب همگن تر می شود ، و حداقل مقدار ویسکوزیته بین دو مؤلفه به پایین حرکت می کند منطقه دما

2. نقاط نوآوری

1. طراحی و ساخت سیستم ترکیبی ژل فاز سرد و گرم HPMC/HPS ، و به طور سیستماتیک خصوصیات رئولوژیکی منحصر به فرد این سیستم ، به ویژه غلظت محلول ترکیبی ، نسبت ترکیب ، دما و اصلاح شیمیایی اجزای را مطالعه کنید.قوانین تأثیر خصوصیات رئولوژیکی ، خصوصیات ژل و سازگاری سیستم مرکب بیشتر مورد بررسی قرار گرفت ، و مورفولوژی فاز و انتقال فاز سیستم ترکیبی بیشتر با مشاهده میکروسکوپ نوری رنگ آمیزی ید ، و میکرو مورفولوژیکی مورد بررسی قرار گرفت. ساختار سیستم ترکیب ایجاد شد - رابطه خواص رئولوژیکی - خواص ژل.برای اولین بار ، از مدل Arrhenius برای متناسب با قانون تشکیل ژل ژلهای کامپوزیت فاز سرد و گرم در محدوده درجه حرارت مختلف استفاده شد.

2. توزیع فاز ، انتقال فاز و سازگاری سیستم کامپوزیت HPMC/HPS با استفاده از فناوری تجزیه و تحلیل میکروسکوپ نوری رنگ آمیزی ید مشاهده شد و خصوصیات شفافیت-مکانیکی با ترکیب خصوصیات نوری و خصوصیات مکانیکی فیلم های کامپوزیت ایجاد شد.رابطه بین ریزساختار و خواص ماکروسکوپی مانند مورفولوژی فاز خواص و مورفولوژی فاز و ویژگی های غلظت-مکانیکی.این اولین بار است که به طور مستقیم قانون تغییر مورفولوژی فاز این سیستم مرکب را با نسبت ترکیب ، دما و غلظت ، به ویژه شرایط انتقال فاز و تأثیر انتقال فاز بر خواص سیستم مرکب مشاهده می کند.

3. ساختار کریستالی و ساختار آمورف غشای کامپوزیت با درجه های مختلف تعویض هیدروکسی پروپیل HPS توسط SAXS مورد بررسی قرار گرفت ، و مکانیسم ژل و تأثیر ژل های کامپوزیت در ترکیب با نتایج رئولوژیکی و خواص ماکروسکوپی مانند نفوذپذیری اکسیژن غشاهای کامپوزیت مورد بحث قرار گرفت.عوامل و قوانین ، برای اولین بار یافت شد که ویسکوزیته سیستم کامپوزیت مربوط به چگالی ساختار خودی در غشای کامپوزیت است ، و به طور مستقیم خصوصیات ماکروسکوپی مانند نفوذپذیری اکسیژن و خصوصیات مکانیکی کامپوزیت را تعیین می کند. غشای ، و خصوصیات رئولوژیکی-میکروس ساختار-غشایی بین خصوصیات ماده را ایجاد می کند.

3. چشم انداز

در سالهای اخیر ، توسعه مواد بسته بندی مواد غذایی ایمن و خوراکی با استفاده از پلیمرهای طبیعی تجدید پذیر به عنوان مواد اولیه به یک کانون تحقیقاتی در زمینه بسته بندی مواد غذایی تبدیل شده است.در این مقاله از پلی ساکارید طبیعی به عنوان ماده اولیه اصلی استفاده می شود.با ترکیب HPMC و HPS ، هزینه مواد اولیه کاهش می یابد ، عملکرد پردازش HPMC در دمای پایین بهبود می یابد و عملکرد سد اکسیژن غشای کامپوزیت بهبود می یابد.از طریق ترکیبی از تجزیه و تحلیل رئولوژیکی ، تجزیه و تحلیل میکروسکوپ نوری رنگ آمیزی ید و ریزساختار فیلم کامپوزیت و تجزیه و تحلیل جامع عملکرد ، مورفولوژی فاز ، انتقال فاز ، جداسازی فاز و سازگاری سیستم کامپوزیت فاز فاز معکوس.رابطه بین ریزساختار و خصوصیات ماکروسکوپی سیستم کامپوزیت برقرار شد.با توجه به رابطه بین خصوصیات ماکروسکوپی و ساختار میکرومورفولوژیکی سیستم کامپوزیت HPMC/HPS ، ساختار فاز و سازگاری سیستم کامپوزیت می تواند برای کنترل مواد کامپوزیت کنترل شود.تحقیقات در این مقاله از اهمیت مهمی برای فرآیند تولید واقعی برخوردار است.مکانیسم تشکیل ، عوامل و قوانین ژل های کامپوزیت معکوس سرد و گرم مورد بحث قرار گرفته است که این یک سیستم کامپوزیت مشابه ژل های معکوس سرد و گرم است.تحقیقات این مقاله یک مدل نظری برای ارائه راهنمایی نظری برای توسعه و استفاده از مواد هوشمند خاص کنترل شده با دما ارائه می دهد.نتایج تحقیق این مقاله دارای ارزش نظری خوبی است.تحقیقات این مقاله شامل تقاطع مواد غذایی ، مواد ، ژل و ترکیب و سایر رشته ها است.با توجه به محدودیت زمان و روشهای تحقیق ، تحقیقات این موضوع هنوز نکات ناتمام بسیاری دارد که می تواند از جنبه های زیر عمیق تر و بهبود یابد.بسط دادن:

جنبه های نظری:

1. برای کشف اثرات نسبت های مختلف شاخه های زنجیره ای ، وزن مولکولی و انواع HPS بر خصوصیات رئولوژیکی ، خصوصیات غشای ، مورفولوژی فاز و سازگاری سیستم مرکب و کشف قانون تأثیر آن در مکانیسم تشکیل ژل ترکیب سیستم.
2. اثرات درجه تعویض هیدروکسی پروپیل HPMC ، درجه تعویض متوکسیل ، وزن مولکولی و منبع بر روی خصوصیات رئولوژیکی ، خصوصیات ژل ، خصوصیات غشایی و سازگاری سیستم سیستم ترکیب را بررسی کرده و تأثیر اصلاح شیمیایی HPMC را در چگالش ترکیبی تجزیه و تحلیل کنید.تأثیر مکانیسم تشکیل ژل.
3. تأثیر نمک ، pH ، پلاستیک ساز ، ماده اتصال متقاطع ، ماده ضد باکتریایی و سایر سیستم های ترکیبی بر خواص رئولوژیکی ، خصوصیات ژل ، ساختار غشای و خواص و قوانین آنها مورد بررسی قرار گرفت.

کاربرد:

1. فرمول استفاده از بسته بندی بسته های چاشنی ، بسته های سبزیجات و سوپ های جامد را بهینه کنید و اثر حفظ چاشنی ها ، سبزیجات و سوپ ها را در دوره ذخیره سازی ، خواص مکانیکی مواد و تغییر در عملکرد محصول در هنگام قرار گرفتن در معرض نیروهای خارجی مطالعه کنید. و حلالیت آب و شاخص بهداشتی مواد.همچنین می توان آن را برای غذاهای گرانول مانند قهوه و چای شیر و همچنین بسته بندی خوراکی کیک ، پنیر ، دسر و سایر غذاها استفاده کرد.
2. طراحی فرمول را برای استفاده از کپسول های گیاهی گیاه شناسی بهینه کنید ، شرایط پردازش و انتخاب بهینه عوامل کمکی را مطالعه کنید و محصولات کپسول توخالی را تهیه کنید.شاخص های فیزیکی و شیمیایی مانند Freabonion ، زمان تجزیه ، محتوای فلزات سنگین و محتوای میکروبی مورد آزمایش قرار گرفتند.
3. برای استفاده تازه از میوه ها و سبزیجات ، محصولات گوشتی و غیره ، با توجه به روش های مختلف پردازش پاشش ، غوطه وری و نقاشی ، فرمول مناسب را انتخاب کرده و میزان میوه پوسیده ، از دست دادن رطوبت ، مصرف مواد مغذی ، سختی را مطالعه کنید. سبزیجات بعد از بسته بندی در طول دوره ذخیره سازی ، براق و طعم و سایر شاخص ها.رنگ ، pH ، مقدار TVB-N ، اسید تیوباربیتوریک و تعداد میکروارگانیسم های محصولات گوشتی بعد از بسته بندی.