Reologi dan Kompatibilitas dariHPMC/HPSKompleks
Kata kunci: hidroksipropil metilselulosa;pati hidroksipropil;sifat reologi;kesesuaian;modifikasi kimia.
Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) adalah polimer polisakarida yang biasa digunakan dalam pembuatan film yang dapat dimakan.Ini banyak digunakan di bidang makanan dan obat-obatan.Film ini memiliki transparansi yang baik, sifat mekanik dan sifat penghalang minyak.Namun, HPMC adalah gel yang diinduksi secara termal, yang mengarah pada kinerja pemrosesan yang buruk pada suhu rendah dan konsumsi energi produksi yang tinggi;selain itu, harga bahan bakunya yang mahal membatasi aplikasinya yang luas termasuk bidang farmasi.Pati hidroksipropil (HPS) adalah bahan yang dapat dimakan yang banyak digunakan di bidang makanan dan obat-obatan.Ini memiliki berbagai sumber dan harga rendah.Ini adalah bahan yang ideal untuk mengurangi biaya HPMC.Selain itu, sifat gel dingin HPS dapat menyeimbangkan viskositas dan sifat reologi HPMC lainnya., untuk meningkatkan kinerja pemrosesannya pada suhu rendah.Selain itu, edible film HPS memiliki sifat penghalang oksigen yang sangat baik, sehingga dapat secara signifikan meningkatkan sifat penghalang oksigen dari edible film HPMC.
HPS ditambahkan ke dalam HPMC untuk peracikan, dan sistem senyawa gel fase terbalik HPMC/HPS dingin dan panas dibangun.Hukum pengaruh sifat dibahas, mekanisme interaksi antara HPS dan HPMC dalam larutan, kompatibilitas dan transisi fase sistem senyawa dibahas, dan hubungan antara sifat reologi dan struktur sistem senyawa ditetapkan.Hasil menunjukkan bahwa sistem senyawa memiliki konsentrasi kritis (8%), di bawah konsentrasi kritis, HPMC dan HPS ada di rantai molekul independen dan daerah fase;di atas konsentrasi kritis, fase HPS terbentuk dalam larutan sebagai pusat gel. Struktur mikrogel, yang dihubungkan oleh jalinan rantai molekul HPMC, menunjukkan perilaku yang mirip dengan lelehan polimer.Sifat reologi sistem senyawa dan rasio senyawa sesuai dengan aturan penjumlahan logaritmik, dan menunjukkan tingkat deviasi positif dan negatif tertentu, yang menunjukkan bahwa kedua komponen tersebut memiliki kompatibilitas yang baik.Sistem senyawa adalah struktur "pulau laut" fase terdispersi fase kontinu pada suhu rendah, dan transisi fase kontinu terjadi pada 4: 6 dengan penurunan rasio senyawa HPMC / HPS.
Sebagai komponen penting dari komoditas pangan, kemasan pangan dapat mencegah pangan rusak dan tercemar oleh faktor luar dalam proses peredaran dan penyimpanan, sehingga memperpanjang umur simpan dan masa simpan pangan.Sebagai bahan pengemas makanan jenis baru yang aman dan dapat dimakan, bahkan memiliki nilai gizi tertentu, edible film memiliki prospek aplikasi yang luas dalam pengemasan dan pengawetan makanan, makanan cepat saji dan kapsul farmasi, dan telah menjadi pusat penelitian di bidang pangan saat ini. bidang terkait pengemasan.
Membran komposit HPMC/HPS dibuat dengan metode pengecoran.Kompatibilitas dan pemisahan fase dari sistem komposit dieksplorasi lebih lanjut dengan pemindaian mikroskop elektron, analisis properti termomekanis dinamis dan analisis termogravimetri, dan sifat mekanik membran komposit dipelajari.dan permeabilitas oksigen dan sifat membran lainnya.Hasil menunjukkan bahwa tidak ada antarmuka dua fase yang jelas ditemukan pada gambar SEM dari semua film komposit, hanya ada satu titik transisi kaca pada hasil DMA dari sebagian besar film komposit, dan hanya satu puncak degradasi termal yang muncul pada kurva DTG. sebagian besar film komposit.HPMC memiliki kompatibilitas tertentu dengan HPS.Penambahan HPS ke HPMC secara signifikan meningkatkan sifat penghalang oksigen dari membran komposit.Sifat mekanik membran komposit sangat bervariasi dengan rasio peracikan dan kelembaban relatif lingkungan, dan menyajikan titik silang, yang dapat memberikan referensi untuk pengoptimalan produk untuk kebutuhan aplikasi yang berbeda.
Morfologi mikroskopis, distribusi fase, transisi fase dan mikrostruktur lain dari sistem senyawa HPMC / HPS dipelajari dengan analisis mikroskop optik pencelupan yodium sederhana, dan transparansi dan sifat mekanik dari sistem senyawa dipelajari dengan spektrofotometer ultraviolet dan penguji sifat mekanik.Hubungan antara struktur morfologi mikroskopis dan kinerja komprehensif makroskopik dari sistem senyawa HPMC/HPS ditetapkan.Hasilnya menunjukkan bahwa sejumlah besar mesofasa hadir dalam sistem senyawa, yang memiliki kompatibilitas yang baik.Ada titik transisi fase dalam sistem senyawa, dan titik transisi fase ini memiliki rasio senyawa dan ketergantungan konsentrasi larutan tertentu.Titik transparansi terendah dari sistem senyawa konsisten dengan titik transisi fase HPMC dari fase kontinyu ke fase terdispersi dan titik minimum modulus tarik.Modulus Young dan perpanjangan putus menurun dengan meningkatnya konsentrasi larutan, yang memiliki hubungan kausal dengan transisi HPMC dari fase kontinyu ke fase terdispersi.
Rheometer digunakan untuk mempelajari efek modifikasi kimia HPS pada sifat reologi dan sifat gel dari sistem senyawa gel fase terbalik dingin dan panas HPMC / HPS.Kapasitas dan transisi fase dipelajari, dan hubungan antara struktur mikro dan sifat reologi dan gel ditetapkan.Hasil penelitian menunjukkan bahwa hidroksipropilasi HPS dapat menurunkan viskositas sistem senyawa pada suhu rendah, meningkatkan fluiditas larutan senyawa, dan mengurangi fenomena penipisan geser;hidroksipropilasi HPS dapat mempersempit viskositas linier dari sistem senyawa.Di daerah elastis, suhu transisi fasa dari sistem kompon HPMC/HPS berkurang, dan perilaku padat dari sistem kompon pada suhu rendah dan fluiditas pada suhu tinggi ditingkatkan.HPMC dan HPS masing-masing membentuk fase kontinyu pada suhu rendah dan tinggi, dan fase terdispersi menentukan sifat reologi dan sifat gel dari sistem komposit pada suhu tinggi dan rendah.Baik perubahan tiba-tiba pada kurva viskositas sistem gabungan dan puncak tan delta pada kurva faktor kerugian muncul pada 45 °C, yang menggemakan fenomena fase co-kontinyu yang diamati pada mikrograf bernoda yodium pada 45 °C.
Efek modifikasi kimia HPS pada struktur kristal dan struktur mikro-divisi dari film komposit dipelajari oleh teknologi hamburan sinar-X sudut kecil radiasi sinkrotron, dan sifat mekanik, sifat penghalang oksigen dan stabilitas termal dari film komposit adalah mempelajari secara sistematis pengaruh perubahan struktur kimia komponen senyawa terhadap struktur mikro dan sifat makroskopik sistem senyawa.Hasil radiasi synchrotron menunjukkan bahwa hidroksipropilasi HPS dan peningkatan kompatibilitas kedua komponen secara signifikan dapat menghambat rekristalisasi pati dalam membran dan mendorong pembentukan struktur self-similar yang lebih longgar pada membran komposit.Sifat makroskopis seperti sifat mekanik, stabilitas termal dan permeabilitas oksigen membran komposit HPMC/HPS terkait erat dengan struktur kristal internal dan struktur daerah amorf.Efek gabungan dari dua efek.
Bab Satu Pendahuluan
Sebagai komponen penting dari komoditas pangan, bahan pengemas pangan dapat melindungi pangan dari kerusakan fisik, kimia dan biologi serta pencemaran selama peredaran dan penyimpanan, menjaga mutu pangan itu sendiri, memperlancar konsumsi pangan, dan menjamin pangan.Penyimpanan dan pengawetan jangka panjang, dan memberikan tampilan makanan untuk menarik konsumsi dan mendapatkan nilai di luar biaya material [1-4].Sebagai bahan pengemas makanan jenis baru yang aman dan dapat dimakan, bahkan memiliki nilai gizi tertentu, edible film memiliki prospek aplikasi yang luas dalam pengemasan dan pengawetan makanan, makanan cepat saji dan kapsul farmasi, dan telah menjadi pusat penelitian di bidang pangan saat ini. bidang terkait pengemasan.
Film yang dapat dimakan adalah film dengan struktur jaringan berpori, biasanya diperoleh dengan memproses polimer alami yang dapat dimakan.Banyak polimer alami yang ada di alam memiliki sifat gel, dan larutan berairnya dapat membentuk hidrogel dalam kondisi tertentu, seperti beberapa polisakarida alami, protein, lipid, dll. .Polisakarida struktural alami seperti pati dan selulosa, karena struktur molekul khusus heliks rantai panjang dan sifat kimianya yang stabil, dapat cocok untuk jangka panjang dan berbagai lingkungan penyimpanan, dan telah dipelajari secara luas sebagai bahan pembentuk film yang dapat dimakan .Edible film yang terbuat dari polisakarida tunggal seringkali memiliki batasan kinerja tertentu.Oleh karena itu, untuk menghilangkan keterbatasan film polisakarida tunggal yang dapat dimakan, memperoleh sifat khusus atau mengembangkan fungsi baru, mengurangi harga produk, dan memperluas aplikasinya, biasanya digunakan dua jenis polisakarida.Atau polisakarida alami di atas digabungkan untuk mencapai efek sifat pelengkap.Namun, karena perbedaan struktur molekul antara polimer yang berbeda, terdapat entropi konformasi tertentu, dan sebagian besar kompleks polimer sebagian kompatibel atau tidak kompatibel .Morfologi fasa dan kompatibilitas kompleks polimer akan menentukan sifat material komposit.Deformasi dan riwayat aliran selama pemrosesan berdampak signifikan pada struktur.Oleh karena itu, sifat makroskopis seperti sifat reologi sistem kompleks polimer dipelajari.Keterkaitan antara struktur morfologi mikroskopis seperti morfologi fase dan kompatibilitas penting untuk mengatur kinerja, analisis dan modifikasi bahan komposit, teknologi pemrosesan, desain formula panduan dan desain mesin pemrosesan, dan evaluasi produksi.Kinerja pemrosesan produk dan pengembangan serta penerapan bahan polimer baru sangat penting.
Dalam bab ini, status penelitian dan kemajuan aplikasi bahan edible film diulas secara rinci;situasi penelitian hidrogel alami;tujuan dan metode peracikan polimer serta kemajuan penelitian peracikan polisakarida;metode penelitian reologi sistem peracikan;Sifat reologi dan konstruksi model sistem gel balik dingin dan panas dianalisis dan dibahas, serta signifikansi penelitian, tujuan penelitian, dan penelitian isi makalah ini.
1.1 Film yang dapat dimakan
Film yang dapat dimakan mengacu pada penambahan plasticizer dan agen pengikat silang berdasarkan zat yang dapat dimakan alami (seperti polisakarida struktural, lipid, protein), melalui interaksi antarmolekul yang berbeda, melalui peracikan, pemanasan, pelapisan, pengeringan, dll. Film dengan jaringan berpori struktur yang dibentuk oleh perlakuan.Ini dapat memberikan berbagai fungsi seperti sifat penghalang yang dapat dipilih untuk gas, kelembaban, isi dan zat berbahaya eksternal, sehingga dapat meningkatkan kualitas sensorik dan struktur internal makanan, dan memperpanjang masa penyimpanan atau umur simpan produk makanan.
1.1.1 Sejarah Perkembangan Edible Film
Perkembangan edible film dapat ditelusuri kembali ke abad ke-12 dan ke-13.Pada saat itu, orang Cina menggunakan metode waxing sederhana untuk melapisi jeruk dan lemon, yang secara efektif mengurangi kehilangan air pada buah dan sayuran, sehingga buah dan sayuran mempertahankan kilau aslinya, sehingga memperpanjang umur simpan buah dan sayuran. sayuran, tetapi secara berlebihan menghambat respirasi aerobik buah dan sayuran, mengakibatkan kerusakan fermentasi buah.Pada abad ke-15, orang Asia sudah mulai membuat film yang dapat dimakan dari susu kedelai, dan menggunakannya untuk melindungi makanan dan meningkatkan penampilan makanan [20].Pada abad ke-16, orang Inggris menggunakan lemak untuk melapisi permukaan makanan guna mengurangi hilangnya kelembapan makanan.Pada abad ke-19, sukrosa pertama kali digunakan sebagai pelapis yang dapat dimakan pada kacang-kacangan, almond, dan hazelnut untuk mencegah oksidasi dan ketengikan selama penyimpanan.Pada tahun 1830-an, film parafin lelehan panas komersial muncul untuk buah-buahan seperti apel dan pir.Pada akhir abad ke-19, film Gelatin disemprotkan ke permukaan produk daging dan makanan lain untuk pengawetan makanan.Pada awal 1950-an, lilin carnauba, dll., telah dibuat menjadi emulsi minyak dalam air untuk melapisi dan mengawetkan buah dan sayuran segar.Pada akhir 1950-an, penelitian tentang film yang dapat dimakan yang diterapkan pada produk daging mulai berkembang, dan contoh yang paling luas dan sukses adalah produk enema yang diproses dari usus halus hewan menjadi selongsong.
Sejak tahun 1950-an, bisa dikatakan konsep edible film baru benar-benar diusung.Sejak itu, banyak peneliti mengembangkan minat yang kuat terhadap film yang dapat dimakan.Pada tahun 1991, Nisperes menerapkan karboksimetil selulosa (CMC) pada pelapisan dan pengawetan pisang dan buah lainnya, respirasi buah berkurang, dan kehilangan klorofil tertunda.Park dkk.pada tahun 1994 melaporkan sifat penghalang yang efektif dari film protein zein terhadap O2 dan CO2, yang meningkatkan kehilangan air, layu dan perubahan warna tomat.Pada tahun 1995, Lourdin menggunakan larutan alkali encer untuk mengolah pati, dan menambahkan gliserin untuk melapisi stroberi agar tetap segar, yang mengurangi tingkat kehilangan air stroberi dan menunda pembusukan.Baberjee meningkatkan sifat film yang dapat dimakan pada tahun 1996 dengan pencairan mikro dan perawatan ultrasonik dari cairan pembentuk film, sehingga ukuran partikel cairan pembentuk film berkurang secara signifikan dan stabilitas homogen emulsi ditingkatkan.Pada tahun 1998, Padegett et al.menambahkan lisozim atau nisin ke film protein kedelai yang dapat dimakan dan digunakan untuk membungkus makanan, dan menemukan bahwa pertumbuhan bakteri asam laktat dalam makanan dihambat secara efektif [30].Pada tahun 1999, Yin Qinghong et al.menggunakan lilin lebah untuk membuat agen pelapis film untuk pengawetan dan penyimpanan apel dan buah lainnya, yang dapat menghambat respirasi, mencegah penyusutan dan penurunan berat badan, serta menghambat invasi mikroba.
Selama bertahun-tahun, gelas beker jagung untuk kemasan es krim, kertas beras ketan untuk kemasan permen, dan kulit tahu untuk hidangan daging merupakan kemasan khas yang dapat dimakan.Tetapi aplikasi komersial dari film yang dapat dimakan hampir tidak ada pada tahun 1967, dan bahkan pengawetan buah berlapis lilin memiliki penggunaan komersial yang sangat terbatas.Hingga tahun 1986, beberapa perusahaan mulai menyediakan produk edible film, dan pada tahun 1996, jumlah perusahaan edible film telah berkembang menjadi lebih dari 600. Saat ini, penerapan edible film dalam pengawetan kemasan makanan semakin meningkat, dan telah mencapai pendapatan tahunan lebih dari 100 juta dolar AS.
1.1.2 Karakteristik dan jenis edible film
Menurut penelitian yang relevan, film yang dapat dimakan memiliki keunggulan luar biasa sebagai berikut: film yang dapat dimakan dapat mencegah penurunan dan penurunan kualitas makanan yang disebabkan oleh migrasi timbal balik dari bahan makanan yang berbeda;beberapa komponen film yang dapat dimakan sendiri memiliki nilai gizi khusus dan fungsi perawatan kesehatan;film yang dapat dimakan memiliki sifat penghalang opsional untuk CO2, O2 dan gas lainnya;film yang dapat dimakan dapat digunakan untuk film microwave, baking, gorengan dan obat-obatan dan lapisan;film yang dapat dimakan dapat digunakan sebagai antioksidan dan pengawet dan pembawa lainnya, sehingga memperpanjang umur simpan makanan;film yang dapat dimakan dapat digunakan sebagai pembawa pewarna dan penguat nutrisi, dll., untuk meningkatkan kualitas makanan dan meningkatkan sifat sensorik makanan;film yang dapat dimakan aman dan dapat dimakan, serta dapat dikonsumsi bersama dengan makanan;Film kemasan yang dapat dimakan dapat digunakan untuk mengemas makanan dalam jumlah kecil atau satuan, dan membentuk kemasan komposit berlapis-lapis dengan bahan kemasan tradisional, yang meningkatkan kinerja penghalang keseluruhan bahan kemasan.
Alasan mengapa film kemasan yang dapat dimakan memiliki sifat fungsional di atas terutama didasarkan pada pembentukan struktur jaringan tiga dimensi tertentu di dalamnya, sehingga menunjukkan sifat kekuatan dan penghalang tertentu.Sifat fungsional dari film kemasan yang dapat dimakan secara signifikan dipengaruhi oleh sifat komponennya, dan tingkat ikatan silang polimer internal, keseragaman dan kepadatan struktur jaringan juga dipengaruhi oleh proses pembentukan film yang berbeda.Ada perbedaan yang jelas dalam kinerja [15, 35].Edible film juga memiliki beberapa sifat lain seperti kelarutan, warna, transparansi, dll. Bahan kemasan edible film yang sesuai dapat dipilih sesuai dengan lingkungan penggunaan yang berbeda dan perbedaan objek produk yang akan dikemas.
Menurut metode pembentukannya, film yang dapat dimakan dapat dibagi menjadi film dan pelapis: (1) Film independen yang telah disiapkan sebelumnya biasanya disebut film.(2) Lapisan tipis yang terbentuk pada permukaan makanan dengan cara pelapisan, pencelupan, dan penyemprotan disebut pelapisan.Film terutama digunakan untuk makanan dengan bahan berbeda yang perlu dikemas secara individual (seperti paket bumbu dan paket minyak dalam makanan praktis), makanan dengan bahan yang sama tetapi perlu dikemas secara terpisah (seperti paket kecil kopi, susu bubuk, dll), dan obat-obatan atau produk perawatan kesehatan.Bahan kapsul;pelapisan terutama digunakan untuk pengawetan makanan segar seperti buah-buahan dan sayuran, produk daging, pelapisan obat-obatan dan perakitan mikrokapsul pelepasan terkontrol.
Menurut bahan pembentuk film dari film kemasan yang dapat dimakan, dapat dibagi menjadi: film yang dapat dimakan polisakarida, film yang dapat dimakan protein, film yang dapat dimakan lipid, film yang dapat dimakan mikroba dan film yang dapat dimakan komposit.
1.1.3 Penerapan edible film
Sebagai bahan pengemas makanan jenis baru yang aman dan dapat dimakan, bahkan memiliki nilai gizi tertentu, film yang dapat dimakan banyak digunakan dalam industri pengemasan makanan, bidang farmasi, penyimpanan dan pengawetan buah dan sayuran, pengolahan dan pengawetan. daging dan produk air, produksi makanan cepat saji, dan produksi minyak.Ini memiliki prospek aplikasi yang luas dalam pengawetan makanan seperti permen panggang yang digoreng.
1.1.3.1 Aplikasi dalam kemasan pangan
Larutan pembentuk film ditutup pada makanan yang akan dikemas dengan cara disemprot, digosok, dicelupkan, dll., untuk mencegah penetrasi kelembapan, oksigen, dan zat aromatik, yang secara efektif dapat mengurangi hilangnya kemasan dan mengurangi jumlah lapisan kemasan. ;mengurangi lapisan luar makanan secara signifikan Kompleksitas komponen kemasan plastik memfasilitasi daur ulang dan pemrosesannya, serta mengurangi pencemaran lingkungan;itu diterapkan pada pengemasan terpisah dari beberapa komponen makanan kompleks multi-komponen untuk mengurangi migrasi timbal balik antara komponen yang berbeda, sehingga mengurangi pencemaran terhadap lingkungan.Mengurangi pembusukan makanan atau penurunan kualitas makanan.Edible film langsung diolah menjadi kertas kemasan atau tas kemasan untuk kemasan makanan, yang tidak hanya mencapai keamanan, kebersihan dan kenyamanan, tetapi juga mengurangi tekanan pencemaran putih terhadap lingkungan.
Menggunakan jagung, kedelai, dan gandum sebagai bahan baku utama, film sereal seperti kertas dapat disiapkan dan digunakan untuk pengemasan sosis dan makanan lainnya.Setelah digunakan, meskipun dibuang di lingkungan alami, bahan tersebut dapat terurai secara hayati dan dapat diubah menjadi pupuk tanah untuk memperbaiki tanah..Menggunakan ampas pati, kitosan, dan kacang sebagai bahan utama, kertas pembungkus yang dapat dimakan dapat disiapkan untuk mengemas makanan cepat saji seperti mie cepat saji dan kentang goreng, yang nyaman, aman, dan sangat populer;digunakan untuk paket bumbu, sup padat Pengemasan makanan praktis seperti bahan baku, yang dapat langsung dimasak di dalam panci saat digunakan, dapat mencegah kontaminasi makanan, menambah nutrisi makanan, dan memudahkan pembersihan .Alpukat kering, kentang, dan nasi pecah difermentasi dan diubah menjadi polisakarida, yang dapat digunakan untuk menyiapkan bahan kemasan bagian dalam baru yang dapat dimakan yang tidak berwarna dan transparan, memiliki sifat penghalang oksigen dan sifat mekanik yang baik, dan digunakan untuk pengemasan susu bubuk , minyak salad dan produk lainnya [19].Untuk makanan militer, setelah produk digunakan, bahan kemasan plastik tradisional dibuang ke lingkungan dan menjadi penanda pelacakan musuh, yang mudah diketahui keberadaannya.Dalam makanan khusus multi-komponen seperti pizza, kue, saus tomat, es krim, yogurt, kue, dan makanan penutup, bahan kemasan plastik tidak dapat langsung ditambahkan untuk digunakan, dan film kemasan yang dapat dimakan menunjukkan keunggulan uniknya, yang dapat mengurangi jumlah kelompok Pecahan migrasi zat rasa meningkatkan kualitas produk dan estetika [21].Film kemasan yang dapat dimakan dapat digunakan dalam pemrosesan makanan gelombang mikro dari sistem adonan.Produk daging, sayuran, keju, dan buah-buahan sudah dikemas sebelumnya dengan cara disemprot, dicelup atau disikat, dll., dibekukan dan disimpan, dan hanya perlu microwave untuk dikonsumsi.
Meskipun beberapa kertas dan kantong kemasan komersial yang dapat dimakan tersedia, banyak paten telah didaftarkan pada formulasi dan penerapan bahan kemasan yang dapat dimakan yang potensial.Otoritas pengatur makanan Prancis telah menyetujui kantong kemasan industri yang dapat dimakan bernama "SOLUPAN", yang terdiri dari hidroksipropil metilselulosa, pati dan natrium sorbat, dan tersedia secara komersial.
1.1.3.2 Penerapan dalam Kedokteran
Gelatin, turunan selulosa, pati dan getah yang dapat dimakan dapat digunakan untuk menyiapkan cangkang kapsul lunak dan keras dari obat-obatan dan produk kesehatan, yang secara efektif dapat memastikan kemanjuran obat-obatan dan produk kesehatan, serta aman dan dapat dimakan;beberapa obat memiliki rasa pahit yang melekat, yang sulit digunakan oleh pasien.Diterima, film yang dapat dimakan dapat digunakan sebagai pelapis penutup rasa untuk obat-obatan tersebut;beberapa polimer polimer enterik tidak larut dalam lingkungan lambung (pH 1,2), tetapi larut dalam lingkungan usus (pH 6,8) dan dapat digunakan dalam lapisan obat pelepasan berkelanjutan usus;juga dapat digunakan sebagai pembawa obat yang ditargetkan.
Blanco-Fernandez dkk.menyiapkan film komposit monogliserida asetat kitosan dan menggunakannya untuk melepaskan aktivitas antioksidan vitamin E secara berkelanjutan, dan efeknya luar biasa.Bahan kemasan antioksidan jangka panjang.Zhang dkk.pati dicampur dengan gelatin, ditambahkan plasticizer polietilen glikol, dan digunakan tradisional.Kapsul keras berongga disiapkan dengan proses pencelupan film komposit, dan transparansi, sifat mekanik, sifat hidrofilik dan fase morfologi film komposit dipelajari.bahan kapsul yang baik [52].Lal et al.membuat kafirin menjadi edible coating untuk enteric coating kapsul parasetamol, dan mempelajari sifat mekanik, sifat termal, sifat barier dan sifat pelepasan obat dari edible film.Hasil penelitian menunjukkan bahwa pelapis sorgum Aneka kapsul keras film gliadin tidak pecah di lambung, tetapi melepaskan obat di usus pada pH 6,8.Paik dkk.menyiapkan partikel ftalat HPMC yang dilapisi dengan indometasin, dan menyemprotkan cairan pembentuk film HPMC yang dapat dimakan pada permukaan partikel obat, dan mempelajari tingkat penjeratan obat, ukuran partikel rata-rata partikel obat, film yang dapat dimakan hasilnya menunjukkan bahwa lapisan HPMCN obat oral indometasin dapat mencapai tujuan menutupi rasa pahit obat dan menargetkan pemberian obat.Oladzadabbasabadi dkk.campuran pati sagu termodifikasi dengan karaginan untuk membuat edible film komposit sebagai pengganti kapsul gelatin tradisional, dan mempelajari kinetika pengeringan, sifat termomekanis, sifat fisikokimia dan sifat penghalang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa edible film komposit memiliki sifat yang mirip dengan gelatin dan dapat digunakan dalam produksi kapsul farmasi.
1.1.3.3 Penerapan dalam pengawetan buah dan sayuran
Pada buah dan sayur segar setelah dipetik, reaksi biokimia dan respirasi masih berlangsung dengan kuat, yang akan mempercepat kerusakan jaringan buah dan sayur, serta mudah menyebabkan hilangnya kelembapan pada buah dan sayur pada suhu kamar, mengakibatkan kualitas jaringan internal dan sifat sensorik buah dan sayuran.menolak.Oleh karena itu, pengawetan menjadi isu terpenting dalam penyimpanan dan pengangkutan buah dan sayuran;metode pengawetan tradisional memiliki efek pengawetan yang buruk dan biaya tinggi.Pelestarian pelapisan buah dan sayuran saat ini merupakan metode yang paling efektif dalam pengawetan suhu ruang.Cairan pembentuk film yang dapat dimakan dilapisi pada permukaan buah dan sayuran, yang secara efektif dapat mencegah invasi mikroorganisme, mengurangi respirasi, kehilangan air dan hilangnya nutrisi jaringan buah dan sayuran, menunda penuaan fisiologis jaringan buah dan sayuran, dan menjaga agar jaringan buah dan sayur tetap montok dan mulus aslinya.Penampilan mengkilap, untuk mencapai tujuan menjaga kesegaran dan memperpanjang masa penyimpanan.Orang Amerika menggunakan asetil monogliserida dan keju yang diekstraksi dari minyak nabati sebagai bahan baku utama untuk menyiapkan film yang dapat dimakan, dan menggunakannya untuk memotong buah dan sayuran agar tetap segar, mencegah dehidrasi, pencoklatan, dan invasi mikroorganisme, sehingga dapat dipertahankan untuk jangka waktu yang lama. lama.Keadaan segar.Jepang menggunakan sutera bekas sebagai bahan mentah untuk menyiapkan film penyimpanan kentang segar, yang dapat mencapai efek penyimpanan segar yang sebanding dengan penyimpanan dingin.Orang Amerika menggunakan minyak sayur dan buah sebagai bahan baku utama untuk membuat cairan pelapis, dan menjaga kesegaran buah potong, dan menemukan bahwa efek pengawetannya bagus.
Marquez dkk.menggunakan protein whey dan pektin sebagai bahan baku, dan menambahkan glutaminase untuk pengikatan silang untuk menyiapkan film komposit yang dapat dimakan, yang digunakan untuk melapisi apel, tomat, dan wortel yang baru dipotong, yang secara signifikan dapat mengurangi tingkat penurunan berat badan., menghambat pertumbuhan mikroorganisme pada permukaan buah dan sayuran potong segar, dan memperpanjang umur simpan dengan alasan menjaga rasa dan aroma buah dan sayuran potong segar .Shi Lei dkk.melapisi anggur red globe dengan film chitosan yang dapat dimakan, yang dapat mengurangi penurunan berat badan dan tingkat pembusukan anggur, mempertahankan warna dan kecerahan anggur, dan menunda degradasi padatan terlarut.Menggunakan kitosan, natrium alginat, natrium karboksimetilselulosa dan poliakrilat sebagai bahan baku, Liu et al.menyiapkan film yang dapat dimakan dengan pelapisan berlapis-lapis untuk menjaga kesegaran buah dan sayuran, dan mempelajari morfologinya, kelarutan air, dll. Hasilnya menunjukkan bahwa film komposit natrium karboksimetil selulosa-kitosan-gliserol memiliki efek pengawetan terbaik .Sun Qingshen dkk.mempelajari film komposit isolat protein kedelai, yang digunakan untuk mengawetkan stroberi, yang secara signifikan dapat mengurangi transpirasi stroberi, menghambat pernapasannya, dan mengurangi laju buah busuk .Ferreira dkk.menggunakan bubuk residu buah dan sayuran dan bubuk kulit kentang untuk menyiapkan film komposit yang dapat dimakan, mempelajari kelarutan air dan sifat mekanik film komposit, dan menggunakan metode pelapisan untuk mengawetkan hawthorn.Hasil penelitian menunjukkan bahwa umur simpan hawthorn diperpanjang.50%, tingkat penurunan berat badan menurun 30-57%, dan asam organik serta kelembapan tidak berubah secara signifikan.Fu Xiaowei dkk.mempelajari pengawetan paprika segar dengan film kitosan, dan hasilnya menunjukkan bahwa hal itu dapat secara signifikan mengurangi intensitas respirasi paprika segar selama penyimpanan dan menunda penuaan paprika.Navarro-Tarazaga dkk.menggunakan edible film HPMC yang dimodifikasi lilin lebah untuk mengawetkan plum.Hasil penelitian menunjukkan bahwa beeswax dapat meningkatkan sifat penghalang oksigen dan kelembaban serta sifat mekanik film HPMC.Tingkat penurunan berat buah plum berkurang secara signifikan, pelunakan dan pendarahan buah selama penyimpanan ditingkatkan, dan masa penyimpanan buah plum diperpanjang.Tang Liying dkk.menggunakan larutan alkali lak dalam modifikasi pati, menyiapkan film kemasan yang dapat dimakan, dan mempelajari sifat filmnya;pada saat yang sama, menggunakan cairan pembentuk film untuk melapisi mangga agar segar dapat secara efektif mengurangi pernapasan. Dapat mencegah fenomena pencoklatan selama penyimpanan, mengurangi tingkat penurunan berat badan, dan memperpanjang masa penyimpanan.
1.1.3.4 Penerapan dalam pengolahan dan pengawetan produk daging
Produk daging yang kaya nutrisi dan aktivitas air yang tinggi mudah diserbu oleh mikroorganisme dalam proses pengolahan, pengangkutan, penyimpanan dan konsumsi, sehingga terjadi penggelapan warna dan oksidasi lemak serta pembusukan lainnya.Untuk memperpanjang masa penyimpanan dan umur simpan produk daging, perlu dilakukan upaya untuk menghambat aktivitas enzim dalam produk daging dan invasi mikroorganisme di permukaan, serta mencegah kerusakan warna dan bau yang disebabkan oleh oksidasi lemak.Saat ini, pengawetan edible film merupakan salah satu metode yang banyak digunakan dalam pengawetan daging di dalam dan luar negeri.Membandingkannya dengan metode tradisional, ditemukan bahwa invasi mikroorganisme eksternal, ketengikan oksidatif lemak dan hilangnya jus telah meningkat secara signifikan pada produk daging yang dikemas dalam film yang dapat dimakan, dan kualitas produk daging telah meningkat secara signifikan.Umur simpan diperpanjang.
Penelitian tentang film yang dapat dimakan dari produk daging dimulai pada akhir 1950-an, dan kasus aplikasi yang paling sukses adalah film yang dapat dimakan kolagen, yang telah banyak digunakan dalam produksi dan pemrosesan sosis.Emiroglu et al.menambahkan minyak wijen ke film nabati protein kedelai untuk membuat film antibakteri, dan mempelajari efek antibakterinya pada daging sapi beku.Hasil penelitian menunjukkan bahwa film antibakteri secara signifikan dapat menghambat reproduksi dan pertumbuhan Staphylococcus aureus.Wook dkk.menyiapkan film yang dapat dimakan proanthocyanidin dan menggunakannya untuk melapisi daging babi yang didinginkan agar segar.Warna, pH, nilai TVB-N, asam tiobarbiturat dan jumlah mikroba daging babi setelah penyimpanan selama 14 hari dipelajari.Hasil penelitian menunjukkan bahwa edible film proanthocyanidins dapat secara efektif mengurangi pembentukan asam thiobarbituric, mencegah pembusukan asam lemak, mengurangi invasi dan reproduksi mikroorganisme pada permukaan produk daging, meningkatkan kualitas produk daging, dan memperpanjang masa penyimpanan dan umur simpan.Jiang Shaotong dkk.menambahkan polifenol teh dan allicin ke dalam larutan membran komposit pati-natrium alginat, dan menggunakannya untuk menjaga kesegaran daging babi dingin, yang dapat disimpan pada suhu 0-4 °C selama lebih dari 19 hari .Kartagena dkk.melaporkan efek antibakteri dari edible film kolagen yang ditambahkan dengan agen antimikroba nisin pada pengawetan irisan daging babi, menunjukkan bahwa edible film kolagen dapat mengurangi migrasi kelembaban irisan daging babi yang didinginkan, menunda ketengikan produk daging, dan menambahkan 2 Film kolagen dengan % nisin memiliki efek pengawetan terbaik.Wang Rui dkk.mempelajari perubahan natrium alginat, kitosan dan serat karboksimetil dengan analisis komparatif pH, nitrogen basa volatil, kemerahan dan jumlah koloni daging sapi dalam waktu 16 hari penyimpanan.Ketiga jenis edible film vitamin sodium digunakan untuk menjaga kesegaran daging sapi dingin.Hasil penelitian menunjukkan bahwa edible film sodium alginate memiliki efek pengawetan kesegaran yang ideal.Caprioli dkk.bungkus dada kalkun yang sudah dimasak dengan film natrium kaseinat yang dapat dimakan dan kemudian dinginkan pada suhu 4 °C.Penelitian telah menunjukkan bahwa film yang dapat dimakan natrium kaseinat dapat memperlambat daging kalkun selama pendinginan.tengik.
1.1.3.5 Penerapan dalam pengawetan hasil perairan
Penurunan kualitas produk air terutama diwujudkan dalam pengurangan kelembaban bebas, penurunan rasa dan penurunan tekstur produk air.Dekomposisi produk akuatik, oksidasi, denaturasi, dan konsumsi kering yang disebabkan oleh invasi mikroba merupakan faktor penting yang mempengaruhi umur simpan produk akuatik.Penyimpanan beku adalah metode umum untuk mengawetkan produk akuatik, tetapi juga akan terjadi penurunan kualitas pada tingkat tertentu dalam proses tersebut, yang sangat serius untuk ikan air tawar.
Pengawetan edible film produk akuatik dimulai pada akhir tahun 1970-an dan kini telah banyak digunakan.Film yang dapat dimakan dapat secara efektif mengawetkan produk akuatik beku, mengurangi kehilangan air, dan juga dapat dikombinasikan dengan antioksidan untuk mencegah oksidasi lemak, sehingga mencapai tujuan memperpanjang umur simpan dan umur simpan.Meenatchisundaram et al.membuat edible film komposit berbahan dasar pati dengan menggunakan pati sebagai matrik dan ditambahkan bumbu seperti cengkeh dan kayu manis, serta digunakan untuk pengawetan udang putih.Hasil penelitian menunjukkan bahwa edible film pati dapat secara efektif menghambat pertumbuhan mikroorganisme, memperlambat oksidasi lemak, memperpanjang umur simpan udang vaname yang didinginkan pada suhu 10 °C dan 4 °C masing-masing selama 14 dan 12 hari.Cheng Yuanyuan dan yang lainnya mempelajari larutan pengawet pullulan dan melakukan ikan air tawar.Pengawetan dapat secara efektif menghambat pertumbuhan mikroorganisme, memperlambat oksidasi protein dan lemak ikan, dan memiliki efek pengawetan yang sangat baik.Yunus dkk.ikan trout pelangi dilapisi dengan film agar-agar yang dapat dimakan yang ditambahkan minyak esensial daun salam, dan mempelajari efek pengawetan yang didinginkan pada suhu 4 °C.Hasil penelitian menunjukkan bahwa edible film gelatin efektif dalam mempertahankan kualitas ikan rainbow trout hingga 22 hari.untuk waktu yang lama .Wang Siwei dkk.menggunakan natrium alginat, kitosan dan CMC sebagai bahan utama, menambahkan asam stearat untuk menyiapkan cairan film yang dapat dimakan, dan menggunakannya untuk melapisi Penaeus vannamei agar lebih segar.Studi menunjukkan bahwa film komposit CMC dan cairan kitosan memiliki efek pengawetan yang baik dan dapat memperpanjang umur simpan sekitar 2 hari.Yang Shengping dan lainnya menggunakan film yang dapat dimakan polifenol kitosan-teh untuk pendinginan dan pengawetan hairtail segar, yang secara efektif dapat menghambat reproduksi bakteri pada permukaan hairtail, menunda pembentukan asam klorida yang mudah menguap, dan memperpanjang umur simpan hairtail hingga sekitar 12 hari.
1.1.3.6 Aplikasi pada gorengan
Makanan yang digoreng adalah makanan siap saji yang sangat populer dengan hasil yang besar.Itu dibungkus dengan film polisakarida dan protein yang dapat dimakan, yang dapat mencegah perubahan warna makanan selama proses penggorengan dan mengurangi konsumsi minyak.masuknya oksigen dan kelembaban [80].Melapisi gorengan dengan gellan gum dapat mengurangi konsumsi minyak sebesar 35%-63%, seperti saat menggoreng sashimi dapat mengurangi konsumsi minyak sebesar 63%;saat menggoreng keripik kentang, dapat mengurangi konsumsi minyak hingga 35%-63%.Pengurangan konsumsi bahan bakar hingga 60%, dll. [81].
Singthong et al.membuat film polisakarida yang dapat dimakan seperti natrium alginat, karboksimetil selulosa dan pektin, yang digunakan untuk melapisi potongan pisang goreng, dan mempelajari tingkat penyerapan minyak setelah digoreng.Hasil penelitian menunjukkan bahwa pektin dan karboksil pada pisang goreng yang dilapisi metilselulosa menunjukkan kualitas sensoris yang lebih baik, diantaranya edible film pektin memiliki efek terbaik dalam mengurangi penyerapan minyak [82].Holownia et al.melapisi film HPMC dan MC pada permukaan fillet ayam goreng untuk mempelajari perubahan konsumsi minyak, kandungan asam lemak bebas dan nilai warna pada minyak goreng.Pre-coating dapat mengurangi penyerapan minyak dan meningkatkan umur minyak [83].Sheng Meixiang dkk.membuat edible film CMC, kitosan dan isolat protein kedelai, melapisi keripik kentang, dan menggorengnya pada suhu tinggi untuk mempelajari daya serap minyak, kadar air, warna, kandungan akrilamida dan kualitas sensori keripik kentang., hasil penelitian menunjukkan bahwa edible film isolat protein kedelai berpengaruh signifikan terhadap penurunan konsumsi minyak keripik kentang goreng, dan edible film kitosan berpengaruh lebih baik dalam menurunkan kandungan akrilamida [84].Salvador dkk.melapisi permukaan cincin cumi goreng dengan pati gandum, pati jagung termodifikasi, dekstrin dan gluten, yang dapat meningkatkan kerenyahan cincin cumi dan mengurangi tingkat penyerapan minyak [85].
1.1.3.7 Aplikasi pada makanan yang dipanggang
Film yang dapat dimakan dapat digunakan sebagai lapisan halus untuk meningkatkan penampilan makanan yang dipanggang;dapat digunakan sebagai penghalang terhadap kelembaban, oksigen, minyak, dll. untuk meningkatkan umur simpan makanan yang dipanggang, misalnya, film yang dapat dimakan kitosan digunakan untuk melapisi permukaan roti. Dapat juga digunakan sebagai perekat untuk makanan ringan dan makanan ringan yang renyah, misalnya, kacang goreng sering dilapisi dengan perekat untuk melapisi garam dan bumbu [87].
Christos et al.membuat film yang dapat dimakan dari natrium alginat dan protein whey dan melapisinya di permukaan roti probiotik Lactobacillus rhamnosus.Studi tersebut menunjukkan bahwa tingkat kelangsungan hidup probiotik meningkat secara signifikan, tetapi kedua jenis roti tersebut menunjukkan mekanisme pencernaan yang sangat mirip, sehingga lapisan film yang dapat dimakan tidak mengubah tekstur, rasa, dan sifat termofisik roti [88].Panuwat dkk.menambahkan ekstrak gooseberry India ke dalam matriks metil selulosa untuk menyiapkan film komposit yang dapat dimakan, dan menggunakannya untuk menjaga kesegaran kacang mete panggang.Hasil penelitian menunjukkan bahwa edible film komposit dapat menghambat proses pemanggangan kacang mete secara efektif selama penyimpanan.Kualitas memburuk dan umur simpan kacang mete panggang diperpanjang hingga 90 hari [89].Schou et al.membuat film yang dapat dimakan transparan dan fleksibel dengan natrium kaseinat dan gliserin, dan mempelajari sifat mekaniknya, permeabilitas air, dan efek pengemasannya pada irisan roti yang dipanggang.Hasil penelitian menunjukkan bahwa edible film dari sodium caseinate dibungkus roti panggang.Setelah berkembang biak, kekerasannya dapat dikurangi dalam waktu 6 jam penyimpanan pada suhu kamar [90].Du et al.menggunakan edible film berbahan dasar apel dan edible film berbahan dasar tomat yang ditambahkan dengan minyak atsiri nabati untuk membungkus ayam panggang, yang tidak hanya menghambat pertumbuhan mikroorganisme sebelum memanggang ayam, tetapi juga meningkatkan rasa ayam setelah dipanggang [91].Javanmard et al.menyiapkan film pati gandum yang dapat dimakan dan menggunakannya untuk membungkus biji pistachio yang dipanggang.Hasil penelitian menunjukkan bahwa lapisan pati yang dapat dimakan dapat mencegah ketengikan oksidatif pada kacang, meningkatkan kualitas kacang, dan memperpanjang umur simpannya [92].Majid dkk.menggunakan whey protein edible film untuk melapisi kacang sangrai, yang dapat meningkatkan penghalang oksigen, mengurangi ketengikan kacang, meningkatkan kerapuhan kacang sangrai, dan memperpanjang masa penyimpanannya [93].
1.1.3.8 Aplikasi dalam produk kembang gula
Industri permen memiliki persyaratan tinggi untuk difusi komponen volatil, sehingga untuk coklat dan permen dengan permukaan yang dipoles, perlu menggunakan film yang dapat dimakan yang larut dalam air untuk menggantikan cairan pelapis yang mengandung komponen yang mudah menguap.Film kemasan yang dapat dimakan dapat membentuk lapisan pelindung yang halus pada permukaan permen untuk mengurangi migrasi oksigen dan kelembapan [19].Penerapan film protein whey yang dapat dimakan dalam kembang gula dapat secara signifikan mengurangi difusi komponen volatilnya.Saat cokelat digunakan untuk membungkus makanan berminyak seperti biskuit dan selai kacang, minyak akan bermigrasi ke lapisan luar cokelat, membuat cokelat lengket dan menyebabkan fenomena "reverse frost", tetapi bahan dalamnya akan mengering, mengakibatkan perubahan rasanya.Menambahkan lapisan bahan kemasan edible film dengan fungsi penghalang lemak dapat mengatasi masalah ini [94].
Nelson dkk.menggunakan metilselulosa edible film untuk melapisi permen yang mengandung banyak lipid dan menunjukkan permeabilitas lipid yang sangat rendah, sehingga menghambat fenomena frosting pada coklat [95].Meyers menerapkan film hidrogel-wax bilayer untuk mengunyah permen karet, yang dapat meningkatkan daya rekatnya, mengurangi volatilisasi air, dan memperpanjang umur simpannya [21].Air yang disiapkan oleh Fadini et al.Decollagen-cocoa butter edible composite film dipelajari untuk sifat mekanik dan permeabilitas airnya, dan digunakan sebagai pelapis untuk produk coklat dengan hasil yang baik [96].
1.1.4 Edible Film Berbasis Selulosa
Edible film berbasis selulosa adalah jenis edible film yang terbuat dari selulosa yang paling melimpah dan turunannya di alam sebagai bahan baku utama.Film yang dapat dimakan berbasis selulosa tidak berbau dan tidak berasa, serta memiliki kekuatan mekanik yang baik, sifat penghalang minyak, transparansi, fleksibilitas, dan sifat penghalang gas yang baik.Namun, karena selulosa bersifat hidrofilik, maka ketahanan edible film berbahan dasar selulosa adalah Kinerja air umumnya relatif buruk [82, 97-99].
Edible film berbasis selulosa yang terbuat dari bahan limbah dalam produksi industri makanan dapat memperoleh film kemasan yang dapat dimakan dengan kinerja yang sangat baik, dan dapat menggunakan kembali bahan limbah untuk meningkatkan nilai tambah produk.Ferreira dkk.bubuk residu buah dan sayuran dicampur dengan bubuk kulit kentang untuk menyiapkan film komposit yang dapat dimakan berbasis selulosa, dan menerapkannya pada lapisan hawthorn untuk menjaga kesegaran, dan mencapai hasil yang baik [62].Tan Huizi dkk.menggunakan serat makanan yang diekstraksi dari ampas kacang sebagai bahan dasar dan menambahkan sejumlah pengental untuk membuat film serat kedelai yang dapat dimakan, yang memiliki sifat mekanik dan sifat penghalang yang baik [100], yang terutama digunakan untuk mengemas bumbu mie makanan cepat saji , nyaman dan bergizi untuk melarutkan paket bahan langsung di air panas.
Turunan selulosa yang larut dalam air, seperti metil selulosa (MC), karboksimetil selulosa (CMC), dan hidroksipropil metil selulosa (HPMC), dapat membentuk matriks kontinu dan umumnya digunakan dalam pengembangan dan penelitian film yang dapat dimakan.Xiao Naiyu dkk.menggunakan MC sebagai substrat pembentuk film utama, menambahkan polietilen glikol dan kalsium klorida dan bahan pembantu lainnya, menyiapkan film yang dapat dimakan MC dengan metode pengecoran, dan menerapkannya pada pengawetan olekranon, yang dapat memperpanjang mulut olekranon.Umur simpan persik adalah 4,5 hari [101].Esmaeili dkk.menyiapkan edible film MC dengan cara dituang dan diaplikasikan pada lapisan mikrokapsul minyak atsiri tanaman.Hasil penelitian menunjukkan bahwa film MC memiliki efek penghambatan minyak yang baik dan dapat diaplikasikan pada kemasan makanan untuk mencegah pembusukan asam lemak [102].Tian dkk.modifikasi edible film MC dengan asam stearat dan asam lemak tak jenuh, yang dapat meningkatkan sifat water-blocking dari edible film MC [103].Lai Fengying dkk.mempelajari pengaruh jenis pelarut pada proses pembentukan film dari edible film MC dan sifat penghalang dan sifat mekanik dari edible film [104].
Membran CMC memiliki sifat penghalang yang baik terhadap O2, CO2 dan minyak, dan banyak digunakan dalam bidang makanan dan obat-obatan [99].Bifani et al.menyiapkan membran CMC dan mempelajari efek ekstrak daun pada sifat penghalang air dan sifat penghalang gas dari membran.Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan ekstrak daun secara signifikan dapat meningkatkan sifat penghalang kelembaban dan oksigen membran, tetapi tidak untuk CO2.Sifat penghalang terkait dengan konsentrasi ekstrak [105].de Moura dkk.nanopartikel kitosan yang disiapkan memperkuat film CMC, dan mempelajari stabilitas termal, sifat mekanik dan kelarutan air dari film komposit.Hasilnya menunjukkan bahwa nanopartikel kitosan dapat secara efektif meningkatkan sifat mekanik dan stabilitas termal film CMC.Seks [98].Ghanbarzadeh dkk.menyiapkan film CMC yang dapat dimakan dan mempelajari efek gliserol dan asam oleat pada sifat fisikokimia film CMC.Hasil penelitian menunjukkan bahwa sifat penghalang film meningkat secara signifikan, tetapi sifat mekanik dan transparansi menurun [99].Cheng dkk.menyiapkan film komposit yang dapat dimakan karboksimetil selulosa-konjac glukomanan, dan mempelajari efek minyak sawit pada sifat fisikokimia dari film komposit.Hasilnya menunjukkan bahwa mikrosfer lipid yang lebih kecil dapat secara signifikan meningkatkan film komposit.Hidrofobisitas permukaan dan kelengkungan saluran permeasi molekul air dapat meningkatkan kinerja penghalang kelembaban membran [106].
HPMC memiliki sifat pembentuk film yang baik, dan filmnya fleksibel, transparan, tidak berwarna dan tidak berbau, serta memiliki sifat penghalang minyak yang baik, tetapi sifat mekanik dan sifat penghambat airnya perlu ditingkatkan.Studi oleh Zuniga et al.menunjukkan bahwa struktur mikro awal dan stabilitas larutan pembentuk film HPMC dapat secara signifikan mempengaruhi permukaan dan struktur internal film, dan cara tetesan minyak masuk selama pembentukan struktur film dapat secara signifikan mempengaruhi transmisi cahaya dan aktivitas permukaan. film.Penambahan agen dapat meningkatkan stabilitas larutan pembentuk film, yang selanjutnya mempengaruhi struktur permukaan dan sifat optik film, tetapi sifat mekanik dan permeabilitas udara tidak berkurang [107].Klangmuang dkk.menggunakan tanah liat dan lilin lebah yang dimodifikasi secara organik untuk meningkatkan dan memodifikasi film HPMC yang dapat dimakan untuk meningkatkan sifat mekanik dan sifat penghalang film HPMC.Hasil penelitian menunjukkan bahwa setelah modifikasi beeswax dan clay, sifat mekanik edible film HPMC sebanding dengan edible film.Kinerja komponen kelembaban ditingkatkan [108].Dogan dkk.menyiapkan film HPMC yang dapat dimakan, dan menggunakan selulosa mikrokristalin untuk menyempurnakan dan memodifikasi film HPMC, dan mempelajari permeabilitas air dan sifat mekanik film tersebut.Hasil penelitian menunjukkan bahwa sifat penghalang kelembaban dari film yang dimodifikasi tidak berubah secara signifikan., tetapi sifat mekaniknya telah meningkat secara signifikan [109].Choi dkk.menambahkan daun oregano dan minyak esensial bergamot ke dalam matriks HPMC untuk menyiapkan film komposit yang dapat dimakan, dan menerapkannya pada pengawetan lapisan plum segar.Studi menunjukkan bahwa film komposit yang dapat dimakan dapat secara efektif menghambat respirasi buah plum, mengurangi produksi etilen, mengurangi laju penurunan berat badan, dan meningkatkan kualitas buah plum [110].Esteghlal et al.dicampur HPMC dengan gelatin untuk menyiapkan film komposit yang dapat dimakan dan mempelajari film komposit yang dapat dimakan.Sifat fisikokimia, sifat mekanik dan kompatibilitas gelatin HPMC menunjukkan bahwa sifat tarik film komposit gelatin HPMC tidak berubah secara signifikan, yang dapat digunakan dalam pembuatan kapsul obat [111].Villacres dkk.mempelajari sifat mekanik, sifat penghalang gas dan sifat antibakteri film komposit dimakan pati HPMC-singkong.Hasil penelitian menunjukkan bahwa film komposit memiliki sifat penghalang oksigen yang baik dan efek antibakteri [112].Byun dkk.menyiapkan membran komposit lak-HPMC, dan mempelajari efek dari jenis pengemulsi dan konsentrasi lak pada membran komposit.Pengemulsi mengurangi sifat penghalang air dari membran komposit, tetapi sifat mekaniknya tidak berkurang secara signifikan;penambahan lak sangat meningkatkan stabilitas termal membran HPMC, dan pengaruhnya meningkat dengan peningkatan konsentrasi lak [113].
1.1.5 Edible Film Berbasis Pati
Pati adalah polimer alami untuk pembuatan film yang dapat dimakan.Ini memiliki keuntungan dari sumber yang luas, harga rendah, biokompatibilitas dan nilai gizi, dan banyak digunakan dalam industri makanan dan farmasi [114-117].Baru-baru ini, penelitian tentang edible film pati murni dan edible film komposit berbasis pati untuk penyimpanan dan pengawetan makanan telah muncul satu demi satu [118].Pati amilosa tinggi dan pati termodifikasi hidroksipropilasinya merupakan bahan utama pembuatan edible film berbahan dasar pati [119].Retrogradasi pati adalah alasan utama kemampuannya membentuk film.Semakin tinggi kandungan amilosa, semakin erat ikatan antarmolekul, semakin mudah untuk menghasilkan retrogradasi, dan semakin baik sifat pembentuk film, dan kekuatan tarik akhir film.lebih besar.Amilosa dapat membuat film yang larut dalam air dengan permeabilitas oksigen rendah, dan sifat penghalang film amilosa tinggi tidak akan berkurang di bawah lingkungan suhu tinggi, yang secara efektif dapat melindungi makanan kemasan [120].
Film pati yang dapat dimakan, tidak berwarna dan tidak berbau, memiliki transparansi yang baik, kelarutan air dan sifat penghalang gas, tetapi menunjukkan hidrofilisitas yang relatif kuat dan sifat penghalang kelembaban yang buruk, sehingga terutama digunakan dalam kemasan penghalang oksigen dan minyak makanan [121-123].Selain itu, membran berbasis pati rentan terhadap penuaan dan retrogradasi, dan sifat mekaniknya relatif buruk [124].Untuk mengatasi kekurangan di atas, pati dapat dimodifikasi dengan metode fisika, kimia, enzimatik, genetik dan aditif untuk memperbaiki sifat edible film berbahan dasar pati [114].
Zhang Zhengmao dkk.menggunakan film pati ultra-halus yang dapat dimakan untuk melapisi stroberi dan menemukan bahwa film tersebut dapat secara efektif mengurangi kehilangan air, menunda pengurangan kadar gula larut, dan secara efektif memperpanjang masa penyimpanan stroberi [125].Garcia et al.pati termodifikasi dengan rasio rantai yang berbeda untuk mendapatkan cairan pembentuk film pati termodifikasi, yang digunakan untuk pengawetan film pelapis stroberi segar.Laju dan laju peluruhan lebih baik daripada kelompok yang tidak dilapisi [126].Ghanbarzadeh dkk.pati termodifikasi dengan ikatan silang asam sitrat dan diperoleh film pati termodifikasi ikatan silang kimiawi.Studi telah menunjukkan bahwa setelah modifikasi cross-linking, sifat penghalang kelembaban dan sifat mekanik film pati ditingkatkan [127].Gao Qunyu dkk.melakukan perlakuan hidrolisis enzimatik pati dan memperoleh film pati yang dapat dimakan, dan sifat mekaniknya seperti kekuatan tarik, perpanjangan dan ketahanan lipat meningkat, dan kinerja penghalang kelembaban meningkat dengan meningkatnya waktu kerja enzim.meningkat secara signifikan [128].Parra dkk.menambahkan agen pengikat silang ke tepung tapioka untuk membuat film yang dapat dimakan dengan sifat mekanik yang baik dan tingkat transmisi uap air yang rendah [129].Fonseca et al.menggunakan natrium hipoklorit untuk mengoksidasi pati kentang dan menyiapkan film pati teroksidasi yang dapat dimakan.Studi menunjukkan bahwa tingkat transmisi uap air dan kelarutan airnya berkurang secara signifikan, yang dapat diterapkan pada pengemasan makanan dengan aktivitas air tinggi [130].
Peracikan pati dengan polimer dan plasticizer yang dapat dimakan lainnya merupakan metode penting untuk meningkatkan sifat-sifat film yang dapat dimakan berbasis pati.Saat ini, polimer kompleks yang umum digunakan sebagian besar adalah koloid hidrofilik, seperti pektin, selulosa, polisakarida rumput laut, kitosan, karagenan, dan gom xanthan [131].
Maria Rodriguez dkk.menggunakan pati kentang dan plasticizer atau surfaktan sebagai bahan utama pembuatan edible film berbahan dasar pati, menunjukkan bahwa plasticizer dapat meningkatkan fleksibilitas film dan surfaktan dapat mengurangi daya regang film [132].Santana dkk.menggunakan serat nano untuk meningkatkan dan memodifikasi film pati singkong yang dapat dimakan, dan memperoleh film komposit berbasis pati yang dapat dimakan dengan sifat mekanik yang lebih baik, sifat penghalang, dan stabilitas termal [133].Azevedo et al.protein whey majemuk dengan pati termoplastik untuk menyiapkan bahan film yang seragam, menunjukkan bahwa protein whey dan pati termoplastik memiliki daya rekat antar muka yang kuat, dan protein whey dapat secara signifikan meningkatkan ketersediaan pati.Penghalang air dan sifat mekanik dari film yang dapat dimakan [134].Edhirej et al.menyiapkan edible film berbahan dasar tepung tapioka, dan mempelajari pengaruh plasticizer terhadap struktur fisik dan kimia, sifat mekanik dan sifat termal film.Hasil penelitian menunjukkan bahwa jenis dan konsentrasi plasticizer berpengaruh nyata terhadap film pati tapioka.Dibandingkan dengan plasticizer lain seperti urea dan triethylene glycol, pektin memiliki efek plastisisasi terbaik, dan film pati yang diplastisisasi pektin memiliki sifat penghambatan air yang baik [135].Saberi et al.menggunakan pati kacang polong, guar gum dan gliserin untuk pembuatan film komposit yang dapat dimakan.Hasil penelitian menunjukkan bahwa pati kacang memainkan peran utama dalam ketebalan film, densitas, kohesi, permeabilitas air dan kekuatan tarik.Guar gum dapat mempengaruhi kekuatan tarik dan modulus elastisitas membran, dan gliserol dapat meningkatkan fleksibilitas membran [136].Ji dkk.majemuk kitosan dan pati jagung, dan menambahkan nanopartikel kalsium karbonat untuk menyiapkan film antibakteri berbasis pati.Studi tersebut menunjukkan bahwa ikatan hidrogen antarmolekul terbentuk antara pati dan kitosan, dan sifat mekanik film dan sifat antibakteri ditingkatkan [137].Meira dkk.ditingkatkan dan dimodifikasi film antibakteri pati jagung yang dapat dimakan dengan nanopartikel kaolin, dan sifat mekanik dan termal dari film komposit ditingkatkan, dan efek antibakteri tidak terpengaruh [138].Ortega-Toro dkk.menambahkan HPMC ke pati dan menambahkan asam sitrat untuk menyiapkan film yang dapat dimakan.Studi menunjukkan bahwa penambahan HPMC dan asam sitrat dapat secara efektif menghambat penuaan pati dan mengurangi permeabilitas air dari edible film, tetapi sifat penghalang oksigen menurun [139].
1.2 Hidrogel polimer
Hidrogel adalah kelas polimer hidrofilik dengan struktur jaringan tiga dimensi yang tidak larut dalam air tetapi dapat membengkak oleh air.Secara makroskopis, hidrogel memiliki bentuk yang pasti, tidak dapat mengalir, dan merupakan zat padat.Secara mikroskopis, molekul yang larut dalam air dapat didistribusikan dalam berbagai bentuk dan ukuran dalam hidrogel dan berdifusi dengan laju difusi yang berbeda, sehingga hidrogel menunjukkan sifat-sifat larutan.Struktur internal hidrogel memiliki kekuatan yang terbatas dan mudah dihancurkan.Itu dalam keadaan antara padat dan cair.Ini memiliki elastisitas yang mirip dengan padatan, dan jelas berbeda dari padatan asli.
1.2.1 Tinjauan tentang hidrogel polimer
1.2.1.1 Klasifikasi hidrogel polimer
Hidrogel polimer adalah struktur jaringan tiga dimensi yang dibentuk oleh ikatan silang fisik atau kimia antara molekul polimer [143-146].Ini menyerap sejumlah besar air dalam air untuk membengkak sendiri, dan pada saat yang sama, ia dapat mempertahankan struktur tiga dimensinya dan tidak larut dalam air.air.
Ada banyak cara untuk mengklasifikasikan hidrogel.Berdasarkan perbedaan sifat ikatan silang, mereka dapat dibagi menjadi gel fisik dan gel kimia.Gel fisik dibentuk oleh ikatan hidrogen yang relatif lemah, ikatan ionik, interaksi hidrofobik, gaya van der Waals dan keterikatan fisik antara rantai molekul polimer dan gaya fisik lainnya, dan dapat diubah menjadi larutan di lingkungan eksternal yang berbeda.Ini disebut gel reversibel;gel kimia biasanya merupakan struktur jaringan tiga dimensi permanen yang dibentuk oleh ikatan silang ikatan kimia seperti ikatan kovalen dengan adanya panas, cahaya, inisiator, dll. Setelah gel terbentuk, gel tidak dapat diubah dan permanen, juga dikenal sebagai Untuk kondensat sejati [147-149].Gel fisik umumnya tidak memerlukan modifikasi kimia dan memiliki toksisitas rendah, tetapi sifat mekaniknya relatif buruk dan sulit menahan tekanan eksternal yang besar;gel kimia umumnya memiliki stabilitas dan sifat mekanik yang lebih baik.
Berdasarkan sumber yang berbeda, hidrogel dapat dibagi menjadi hidrogel polimer sintetik dan hidrogel polimer alami.Hidrogel polimer sintetik adalah hidrogel yang dibentuk oleh polimerisasi kimia dari polimer sintetik, terutama termasuk asam poliakrilat, polivinil asetat, poliakrilamida, polietilen oksida, dll.;hidrogel polimer alami adalah Hidrogel polimer yang dibentuk oleh ikatan silang polimer alami seperti polisakarida dan protein di alam, termasuk selulosa, alginat, pati, agarosa, asam hialuronat, gelatin, dan kolagen [6, 7, 150], 151].Hidrogel polimer alami biasanya memiliki karakteristik sumber yang luas, harga murah dan toksisitas rendah, dan hidrogel polimer sintetik umumnya mudah diproses dan memiliki hasil yang besar.
Berdasarkan respon yang berbeda terhadap lingkungan eksternal, hidrogel juga dapat dibagi menjadi hidrogel tradisional dan hidrogel cerdas.Hidrogel tradisional relatif tidak sensitif terhadap perubahan lingkungan eksternal;hidrogel pintar dapat merasakan perubahan kecil di lingkungan eksternal dan menghasilkan perubahan yang sesuai dalam struktur fisik dan sifat kimia [152-156].Untuk hidrogel yang peka terhadap suhu, volume berubah dengan suhu lingkungan.Biasanya, hidrogel polimer tersebut mengandung gugus hidrofilik seperti hidroksil, eter dan amida atau gugus hidrofobik seperti metil, etil dan propil.Suhu lingkungan luar dapat mempengaruhi interaksi hidrofilik atau hidrofobik antara molekul gel, ikatan hidrogen dan interaksi antara molekul air dan rantai polimer, sehingga mempengaruhi keseimbangan sistem gel.Untuk hidrogel yang peka terhadap pH, sistem biasanya mengandung gugus pengubah asam-basa seperti gugus karboksil, gugus asam sulfonat, atau gugus amino.Dalam lingkungan pH yang berubah, gugus ini dapat menyerap atau melepaskan proton, mengubah ikatan hidrogen dalam gel dan perbedaan antara konsentrasi ion internal dan eksternal, menghasilkan perubahan volume gel.Untuk medan listrik, medan magnet, dan hidrogel peka cahaya, masing-masing mengandung gugus fungsi seperti polielektrolit, oksida logam, dan gugus fotosensitif.Di bawah rangsangan eksternal yang berbeda, suhu sistem atau derajat ionisasi diubah, dan kemudian volume gel diubah dengan prinsip yang mirip dengan hidrogel yang peka terhadap suhu atau pH.
Berdasarkan perilaku gel yang berbeda, hidrogel dapat dibagi menjadi gel yang diinduksi dingin dan gel yang diinduksi oleh panas [157].Gel dingin, singkatnya disebut gel dingin, adalah makromolekul yang ada dalam bentuk gulungan acak pada suhu tinggi.Selama proses pendinginan, karena aksi ikatan hidrogen antarmolekul, fragmen heliks secara bertahap terbentuk, sehingga menyelesaikan proses dari larutan.Transisi ke gel [158];gel yang diinduksi termo, disebut sebagai gel termal, adalah makromolekul dalam keadaan larutan pada suhu rendah.Selama proses pemanasan, struktur jaringan tiga dimensi terbentuk melalui interaksi hidrofobik, dll., sehingga menyelesaikan transisi gelasi [159], 160].
Hidrogel juga dapat dibagi menjadi hidrogel homopolimer, hidrogel kopolimerisasi dan hidrogel jaringan interpenetrasi berdasarkan sifat jaringan yang berbeda, hidrogel mikroskopis dan hidrogel makroskopik berdasarkan ukuran gel yang berbeda, dan sifat biodegradasi.Dibagi secara berbeda menjadi hidrogel yang dapat terdegradasi dan hidrogel yang tidak dapat terurai.
1.2.1.2 Penerapan hidrogel polimer alami
Hidrogel polimer alami memiliki karakteristik biokompatibilitas yang baik, fleksibilitas tinggi, sumber melimpah, kepekaan terhadap lingkungan, retensi air tinggi dan toksisitas rendah, dan banyak digunakan dalam biomedis, pengolahan makanan, perlindungan lingkungan, produksi pertanian dan kehutanan dan telah banyak digunakan. digunakan dalam industri dan bidang lainnya [142, 161-165].
Penerapan hidrogel polimer alami dalam bidang terkait biomedis.Hidrogel polimer alami memiliki biokompatibilitas yang baik, biodegradabilitas, dan tidak ada efek samping toksik, sehingga dapat digunakan sebagai pembalut luka dan kontak langsung dengan jaringan manusia, yang secara efektif dapat mengurangi invasi mikroorganisme in vitro, mencegah hilangnya cairan tubuh, dan memungkinkan oksigen untuk melewati.Mempromosikan penyembuhan luka;dapat digunakan untuk menyiapkan lensa kontak, dengan keunggulan pemakaian yang nyaman, permeabilitas oksigen yang baik, dan pengobatan tambahan untuk penyakit mata [166, 167].Polimer alami mirip dengan struktur jaringan hidup dan dapat berpartisipasi dalam metabolisme normal tubuh manusia, sehingga hidrogel tersebut dapat digunakan sebagai bahan perancah rekayasa jaringan, perbaikan kartilago rekayasa jaringan, dll. Perancah rekayasa jaringan dapat diklasifikasikan menjadi pre- perancah berbentuk dan cetakan injeksi.Stent pra-cetak memanfaatkan air struktur jaringan tiga dimensi khusus dari gel memungkinkannya untuk memainkan peran pendukung tertentu dalam jaringan biologis sambil memberikan ruang pertumbuhan yang spesifik dan cukup untuk sel, dan juga dapat mendorong pertumbuhan sel, diferensiasi, dan degradasi dan penyerapan oleh tubuh manusia [168].Stent cetakan injeksi memanfaatkan perilaku transisi fase hidrogel untuk membentuk gel dengan cepat setelah disuntikkan dalam keadaan larutan mengalir, yang dapat meminimalkan rasa sakit pasien [169].Beberapa hidrogel polimer alami peka terhadap lingkungan, sehingga banyak digunakan sebagai bahan pelepasan obat yang dikendalikan, sehingga obat yang dikapsulkan di dalamnya dapat dilepaskan ke bagian tubuh manusia yang diperlukan secara tepat waktu dan kuantitatif, mengurangi racun dan efek samping. efek obat pada tubuh manusia [170].
Penerapan hidrogel polimer alami dalam bidang yang berhubungan dengan makanan.Hidrogel polimer alami adalah bagian penting dari makanan tiga orang sehari, seperti beberapa makanan penutup, permen, pengganti daging, yogurt, dan es krim.Ini sering digunakan sebagai bahan tambahan makanan pada komoditas makanan, yang dapat meningkatkan sifat fisiknya dan memberikan rasa yang halus.Misalnya, digunakan sebagai pengental dalam sup dan saus, sebagai pengemulsi dalam jus, dan sebagai zat pensuspensi.Dalam minuman susu, sebagai agen pembentuk gel pada puding dan aspic, sebagai agen penjernih dan penstabil buih pada bir, sebagai penghambat sineresis pada keju, sebagai pengikat pada sosis, sebagai penghambat retrogradasi pati Inhibitor digunakan pada roti dan mentega [171-174 ].Dari Buku Pegangan Aditif Makanan, dapat dilihat bahwa sejumlah besar hidrogel polimer alami disetujui sebagai aditif makanan untuk pengolahan makanan [175].Hidrogel polimer alami digunakan sebagai penguat nutrisi dalam pengembangan produk kesehatan dan makanan fungsional, seperti serat makanan, digunakan dalam produk penurunan berat badan dan produk anti-sembelit [176, 177];sebagai prebiotik, mereka digunakan dalam produk dan produk perawatan kesehatan kolon untuk mencegah kanker usus besar [178];hidrogel polimer alami dapat dibuat menjadi pelapis atau film yang dapat dimakan atau terdegradasi, yang dapat digunakan di bidang bahan kemasan makanan, seperti pengawetan buah dan sayuran, dengan melapisinya pada buah dan sayuran Di permukaan, dapat memperpanjang umur simpan buah-buahan dan sayuran dan menjaga buah-buahan dan sayuran tetap segar dan empuk;itu juga dapat digunakan sebagai bahan pengemas untuk makanan praktis seperti sosis dan bumbu untuk memudahkan pembersihan [179, 180].
Aplikasi hidrogel polimer alami di bidang lain.Dalam hal kebutuhan sehari-hari, dapat ditambahkan ke krim perawatan kulit atau kosmetik, yang tidak hanya dapat mencegah produk mengering dalam penyimpanan, tetapi juga melembabkan dan melembabkan kulit secara langgeng;dapat digunakan untuk menata, melembabkan, dan melepaskan wewangian secara perlahan dalam riasan kecantikan;Dapat digunakan dalam kebutuhan sehari-hari seperti handuk kertas dan popok [181].Di bidang pertanian, dapat digunakan untuk menahan kekeringan dan melindungi bibit serta mengurangi intensitas tenaga kerja;sebagai agen pelapis benih tanaman, secara signifikan dapat meningkatkan tingkat perkecambahan benih;bila digunakan dalam pemindahan bibit, dapat meningkatkan tingkat kelangsungan hidup bibit;pestisida, meningkatkan pemanfaatan dan mengurangi polusi [182, 183].Dari segi lingkungan, digunakan sebagai flokulan dan adsorben untuk pengolahan limbah yang sering mengandung ion logam berat, senyawa aromatik dan pewarna untuk melindungi sumber daya air dan memperbaiki lingkungan [184].Dalam industri, digunakan sebagai agen dehidrasi, pelumas pengeboran, bahan pembungkus kabel, bahan penyegel dan agen penyimpanan dingin, dll [185].
1.2.2 Thermogel hidroksipropil metilselulosa
Selulosa merupakan senyawa makromolekul alami yang telah dipelajari paling awal, memiliki hubungan paling dekat dengan manusia, dan paling melimpah di alam.Ini banyak terdapat pada tumbuhan tingkat tinggi, ganggang dan mikroorganisme [186, 187].Selulosa secara bertahap menarik perhatian luas karena sumbernya yang luas, harga murah, terbarukan, biodegradable, aman, tidak beracun, dan biokompatibilitas yang baik [188].
1.2.2.1 Selulosa dan turunan eternya
Selulosa adalah polimer rantai panjang linier yang dibentuk oleh koneksi unit struktural D-anhidroglukosa melalui ikatan β-1,4 glikosidik [189-191].Tidak larut.Kecuali untuk satu gugus ujung di setiap ujung rantai molekul, terdapat tiga gugus hidroksil polar di setiap unit glukosa, yang dapat membentuk sejumlah besar ikatan hidrogen intramolekul dan antarmolekul dalam kondisi tertentu;dan selulosa adalah struktur polisiklik, dan rantai molekulnya semi kaku.Rantai, kristalinitas tinggi, dan struktur sangat teratur, sehingga memiliki karakteristik polimerisasi tingkat tinggi, orientasi molekul yang baik, dan stabilitas kimia [83, 187].Karena rantai selulosa mengandung sejumlah besar gugus hidroksil, rantai selulosa dapat dimodifikasi secara kimia dengan berbagai metode seperti esterifikasi, oksidasi, dan eterifikasi untuk mendapatkan turunan selulosa dengan sifat aplikasi yang sangat baik [192, 193].
Turunan selulosa adalah salah satu produk yang paling awal diteliti dan diproduksi di bidang kimia polimer.Mereka adalah bahan kimia halus polimer dengan berbagai kegunaan, yang dimodifikasi secara kimiawi dari selulosa polimer alami.Diantaranya, selulosa eter banyak digunakan.Ini adalah salah satu bahan baku kimia terpenting dalam aplikasi industri [194].
Ada banyak jenis eter selulosa, yang semuanya umumnya memiliki sifat unik dan sangat baik, dan telah banyak digunakan di berbagai bidang seperti makanan dan obat-obatan [195].MC adalah jenis selulosa eter yang paling sederhana dengan gugus metil.Dengan peningkatan derajat substitusi, dapat dilarutkan dalam larutan alkali encer, air, alkohol dan pelarut hidrokarbon aromatik secara bergantian, menunjukkan sifat gel termal yang unik.[196].CMC adalah eter selulosa anionik yang diperoleh dari selulosa alami dengan alkalisasi dan pengasaman.
Ini adalah selulosa eter yang paling banyak digunakan dan digunakan, yang larut dalam air [197].HPC, hidroksialkil selulosa eter yang diperoleh dengan alkalisasi dan eterifikasi selulosa, memiliki termoplastisitas yang baik dan juga menunjukkan sifat gel termal, dan suhu gelnya secara signifikan dipengaruhi oleh derajat substitusi hidroksipropil [198].HPMC, eter campuran yang penting, juga memiliki sifat gel termal, dan sifat gelnya terkait dengan dua substituen dan rasionya [199].
1.2.2.2 Struktur hidroksipropil metilselulosa
Hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC), struktur molekul ditunjukkan pada Gambar 1-3, adalah eter campuran selulosa larut air non-ionik yang khas.Reaksi eterifikasi metil klorida dan propilena oksida dilakukan untuk memperoleh [200,201], dan persamaan reaksi kimia ditunjukkan pada Gambar 1-4.
Ada hidroksi propoksi (-[OCH2CH(CH3)] n OH), metoksi (-OCH3) dan gugus hidroksil yang tidak bereaksi pada unit struktural HPMC pada saat yang sama, dan kinerjanya merupakan cerminan dari aksi bersama berbagai kelompok.[202].Rasio antara dua substituen ditentukan oleh rasio massa dari dua agen eterifikasi, konsentrasi dan massa natrium hidroksida, dan rasio massa agen eterifikasi per satuan massa selulosa [203].Hidroksi propoksi adalah gugus aktif, yang selanjutnya dapat dialkilasi dan hidroksi dialkilasi;gugus ini adalah gugus hidrofilik dengan rantai bercabang panjang, yang memainkan peran tertentu dalam plastisisasi di dalam rantai.Metoksi adalah gugus penutup akhir, yang menyebabkan inaktivasi situs reaksi ini setelah reaksi;gugus ini merupakan gugus hidrofobik dan memiliki struktur yang relatif pendek [204, 205].Gugus hidroksil yang tidak bereaksi dan baru diperkenalkan dapat terus diganti, menghasilkan struktur kimia akhir yang agak kompleks, dan sifat HPMC bervariasi dalam kisaran tertentu.Untuk HPMC, sejumlah kecil substitusi dapat membuat sifat fisikokimianya sangat berbeda [206], misalnya, sifat fisikokimia HPMC metoksi tinggi dan hidroksipropil rendah mendekati MC;Kinerja HPMC dekat dengan HPC.
1.2.2.3 Sifat hidroksipropil metilselulosa
(1) Termogelabilitas HPMC
Rantai HPMC memiliki karakteristik hidrasi-dehidrasi yang unik karena pengenalan gugus hidrofobik-metil dan hidrofilik-hidroksipropil.Ini secara bertahap mengalami konversi gelasi saat dipanaskan, dan kembali ke keadaan larutan setelah pendinginan.Artinya, ia memiliki sifat gel yang diinduksi secara termal, dan fenomena gelasi adalah proses yang dapat dibalik tetapi tidak identik.
Mengenai mekanisme gelasi HPMC, diterima secara luas bahwa pada suhu yang lebih rendah (di bawah suhu gelasi), HPMC dalam larutan dan molekul air polar terikat bersama oleh ikatan hidrogen untuk membentuk apa yang disebut struktur supramolekul seperti "sangkar burung".Ada beberapa keterikatan sederhana antara rantai molekul HPMC terhidrasi, selain itu, ada beberapa interaksi lainnya.Ketika suhu meningkat, HPMC pertama-tama menyerap energi untuk memutuskan ikatan hidrogen antarmolekul antara molekul air dan molekul HPMC, menghancurkan struktur molekul seperti sangkar, secara bertahap kehilangan air yang terikat pada rantai molekul, dan memperlihatkan gugus hidroksipropil dan metoksi.Ketika suhu terus meningkat (mencapai suhu gel), molekul HPMC secara bertahap membentuk struktur jaringan tiga dimensi melalui asosiasi hidrofobik, gel HPMC akhirnya terbentuk [160, 207, 208].
Penambahan garam anorganik memiliki beberapa efek pada suhu gel HPMC, beberapa menurunkan suhu gel karena fenomena salting out, dan lainnya meningkatkan suhu gel karena fenomena pembubaran garam [209].Dengan penambahan garam seperti NaCl, terjadi fenomena salting out dan suhu gel HPMC menurun [210, 211].Setelah garam ditambahkan ke HPMC, molekul air lebih cenderung bergabung dengan ion garam, sehingga ikatan hidrogen antara molekul air dan HPMC hancur, lapisan air di sekitar molekul HPMC dikonsumsi, dan molekul HPMC dapat dilepaskan dengan cepat untuk hidrofobik.Asosiasi, suhu pembentukan gel secara bertahap menurun.Sebaliknya, ketika garam seperti NaSCN ditambahkan, fenomena pembubaran garam terjadi dan suhu gel HPMC meningkat [212].Urutan penurunan efek anion pada suhu gel adalah: SO42− > S2O32− > H2PO4− > F− > Cl− > Br− > NO3−> I− > ClO4− > SCN− , urutan kation pada gel kenaikan suhu gel adalah: Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Ba2+ [213].
Ketika beberapa molekul kecil organik seperti alkohol monohidrat yang mengandung gugus hidroksil ditambahkan, suhu gel meningkat dengan meningkatnya jumlah penambahan, menunjukkan nilai maksimum dan kemudian menurun hingga terjadi pemisahan fasa [214, 215].Hal ini terutama karena berat molekulnya yang kecil, yang sebanding dengan molekul air dalam urutan besarnya, dan dapat mencapai ketercampuran tingkat molekuler setelah peracikan.
(2) Kelarutan HPMC
HPMC memiliki sifat tidak larut air panas dan larut air dingin yang mirip dengan MC, tetapi dapat dibagi menjadi tipe dispersi dingin dan tipe dispersi panas sesuai dengan kelarutan air yang berbeda [203].HPMC yang terdispersi dingin dapat dengan cepat menyebar dalam air dalam air dingin, dan viskositasnya meningkat setelah jangka waktu tertentu, dan benar-benar larut dalam air;HPMC terdispersi panas, sebaliknya, menunjukkan aglomerasi ketika menambahkan air pada suhu yang lebih rendah, tetapi lebih sulit untuk ditambahkan.Dalam air bersuhu tinggi, HPMC dapat dengan cepat terdispersi, dan viskositas meningkat setelah suhu menurun, menjadi larutan berair HPMC yang nyata.Kelarutan HPMC dalam air terkait dengan kandungan gugus metoksi, yang tidak larut dalam air panas di atas 85 °C, 65 °C, dan 60 °C dari tinggi ke rendah.Secara umum, HPMC tidak larut dalam pelarut organik seperti aseton dan kloroform, tetapi larut dalam larutan berair etanol dan larutan organik campuran.
(3) Toleransi garam HPMC
Sifat non-ionik dari HPMC membuatnya tidak dapat terionisasi dalam air, sehingga tidak akan bereaksi dengan ion logam untuk mengendap.Namun penambahan garam akan mempengaruhi suhu pembentukan gel HPMC.Ketika konsentrasi garam meningkat, suhu gel HPMC menurun;ketika konsentrasi garam lebih rendah dari titik flokulasi, viskositas larutan HPMC dapat ditingkatkan, sehingga dalam aplikasi, tujuan pengentalan dapat dicapai dengan menambahkan garam dalam jumlah yang sesuai [210, 216].
(4) Ketahanan asam dan alkali dari HPMC
Secara umum, HPMC memiliki stabilitas asam-basa yang kuat dan tidak terpengaruh pH pada pH 2-12.HPMC menunjukkan ketahanan terhadap tingkat asam encer tertentu, tetapi menunjukkan kecenderungan penurunan viskositas untuk asam pekat;alkali memiliki sedikit pengaruh terhadapnya, tetapi dapat sedikit meningkatkan dan kemudian secara perlahan menurunkan viskositas larutan [217, 218].
(5) Faktor pengaruh viskositas HPMC
HPMC adalah pseudoplastik, larutannya stabil pada suhu kamar, dan viskositasnya dipengaruhi oleh berat molekul, konsentrasi, dan suhu.Pada konsentrasi yang sama, semakin tinggi berat molekul HPMC, semakin tinggi viskositasnya;untuk produk dengan berat molekul yang sama, semakin tinggi konsentrasi HPMC, semakin tinggi viskositasnya;viskositas produk HPMC menurun dengan kenaikan suhu, dan mencapai suhu pembentukan gel, dengan peningkatan tiba-tiba viskositas karena gelasi [9, 219, 220].
(6) Properti lain dari HPMC
HPMC memiliki ketahanan yang kuat terhadap enzim, dan ketahanannya terhadap enzim meningkat seiring dengan tingkat substitusi.Oleh karena itu, produk tersebut memiliki kualitas yang lebih stabil selama penyimpanan dibandingkan produk gula lainnya [189, 212].HPMC memiliki sifat pengemulsi tertentu.Gugus metoksi hidrofobik dapat teradsorpsi pada permukaan fase minyak dalam emulsi untuk membentuk lapisan adsorpsi yang tebal, yang dapat bertindak sebagai lapisan pelindung;gugus hidroksil yang larut dalam air dapat dikombinasikan dengan air untuk meningkatkan fase kontinyu.Viskositas, menghambat penggabungan fase terdispersi, mengurangi tegangan permukaan, dan menstabilkan emulsi [221].HPMC dapat dicampur dengan polimer yang larut dalam air seperti gelatin, metilselulosa, gom kacang belalang, karagenan dan gom arab untuk membentuk larutan yang seragam dan transparan, dan juga dapat dicampur dengan plasticizer seperti gliserin dan polietilen glikol.[200, 201, 214].
1.2.2.4 Permasalahan yang ada pada aplikasi hidroksipropil metilselulosa
Pertama, harga tinggi membatasi penerapan luas HPMC.Meskipun film HPMC memiliki transparansi yang baik, sifat penghalang minyak dan sifat mekanik.Namun, harganya yang tinggi (sekitar 100.000/ton) membatasi penerapannya secara luas, bahkan dalam aplikasi farmasi bernilai tinggi seperti kapsul.Alasan mengapa HPMC begitu mahal pertama karena selulosa bahan baku yang digunakan untuk membuat HPMC relatif mahal.Selain itu, dua gugus substituen, gugus hidroksipropil dan gugus metoksi, dicangkokkan pada HPMC pada saat yang sama, yang membuat proses pembuatannya menjadi sangat sulit.Kompleks, sehingga produk HPMC lebih mahal.
Kedua, sifat viskositas rendah dan kekuatan gel HPMC yang rendah pada suhu rendah mengurangi kemampuan prosesnya dalam berbagai aplikasi.HPMC adalah gel termal, yang ada dalam keadaan larutan dengan viskositas sangat rendah pada suhu rendah, dan dapat membentuk gel seperti padat kental pada suhu tinggi, sehingga proses pengolahan seperti pelapisan, penyemprotan dan pencelupan harus dilakukan pada suhu tinggi. .Jika tidak, larutan akan mudah mengalir ke bawah, menghasilkan pembentukan bahan film yang tidak seragam, yang akan mempengaruhi kualitas dan kinerja produk.Operasi suhu tinggi seperti itu meningkatkan koefisien kesulitan operasi, menghasilkan konsumsi energi produksi yang tinggi dan biaya produksi yang tinggi.
1.2.3 Gel dingin pati hidroksipropil
Pati adalah senyawa polimer alami yang disintesis oleh fotosintesis tanaman di lingkungan alami.Polisakarida penyusunnya biasanya tersimpan dalam biji dan umbi tanaman dalam bentuk butiran bersama dengan protein, serat, minyak, gula dan mineral.atau di root [222].Pati tidak hanya menjadi sumber utama asupan energi bagi manusia, tetapi juga merupakan bahan baku industri yang penting.Karena sumbernya yang luas, harga rendah, hijau, alami dan terbarukan, telah banyak digunakan dalam industri makanan dan obat-obatan, fermentasi, pembuatan kertas, tekstil dan perminyakan [223].
1.2.3.1 Pati dan turunannya
Pati adalah polimer tinggi alami yang unit strukturalnya adalah unit α-D-anhidroglukosa.Unit yang berbeda dihubungkan oleh ikatan glikosidik, dan rumus molekulnya adalah (C6H10O5) n.Bagian dari rantai molekul dalam butiran pati dihubungkan oleh ikatan α-1,4 glikosidik, yaitu amilosa linier;bagian lain dari rantai molekul dihubungkan oleh ikatan α-1,6 glikosidik atas dasar ini, yang merupakan amilopektin bercabang [224].Pada granula pati, terdapat daerah kristalin dimana molekul tersusun secara teratur dan daerah amorf dimana molekul tersusun secara tidak teratur.komposisi bagian.Tidak ada batas yang jelas antara daerah kristal dan daerah amorf, dan molekul amilopektin dapat melewati beberapa daerah kristal dan daerah amorf.Berdasarkan sifat alami dari sintesis pati, struktur polisakarida dalam pati bervariasi dengan spesies tumbuhan dan sumber situs [225].
Meskipun pati telah menjadi salah satu bahan baku penting untuk produksi industri karena sumbernya yang luas dan sifatnya yang terbarukan, pati alami umumnya memiliki kelemahan seperti kelarutan air yang buruk dan sifat pembentuk film, kemampuan pengemulsi dan pembentuk gel yang rendah, dan stabilitas yang tidak memadai.Untuk memperluas jangkauan aplikasinya, pati biasanya dimodifikasi secara fisikokimia untuk menyesuaikannya dengan kebutuhan aplikasi yang berbeda [38, 114].Ada tiga gugus hidroksil bebas pada setiap unit struktural glukosa dalam molekul pati.Gugus hidroksil ini sangat aktif dan memberikan pati dengan sifat yang mirip dengan poliol, yang memungkinkan terjadinya reaksi denaturasi pati.
Setelah modifikasi, beberapa sifat pati asli telah ditingkatkan untuk sebagian besar, mengatasi cacat penggunaan pati asli, sehingga pati termodifikasi memainkan peran penting dalam industri saat ini [226].Pati teroksidasi adalah salah satu pati termodifikasi yang paling banyak digunakan dengan teknologi yang relatif matang.Dibandingkan dengan pati asli, pati teroksidasi lebih mudah digelatinisasi.Keuntungan daya rekat tinggi.Pati esterifikasi adalah turunan pati yang dibentuk oleh esterifikasi gugus hidroksil dalam molekul pati.Tingkat substitusi yang sangat rendah dapat secara signifikan mengubah sifat pati asli.Transparansi dan sifat pembentuk film pasta pati jelas ditingkatkan.Pati eterifikasi adalah reaksi eterifikasi gugus hidroksil dalam molekul pati untuk menghasilkan eter polipati, dan retrogradasinya melemah.Di bawah kondisi basa yang kuat dimana pati teroksidasi dan pati teresterifikasi tidak dapat digunakan, ikatan eter juga dapat tetap relatif stabil.rentan terhadap hidrolisis.Pati termodifikasi asam, pati diperlakukan dengan asam untuk meningkatkan kandungan amilosa, menghasilkan peningkatan retrogradasi dan pasta pati.Ini relatif transparan dan membentuk gel padat saat didinginkan [114].
1.2.3.2 Struktur pati hidroksipropil
Hidroksipropil pati (HPS), yang struktur molekulnya ditunjukkan pada Gambar 1-4, adalah eter pati non-ionik, yang dibuat dengan reaksi eterifikasi propilena oksida dengan pati dalam kondisi basa [ 223, 227, 228], dan sifatnya persamaan reaksi kimia ditunjukkan pada Gambar 1-6.
Selama sintesis HPS, selain bereaksi dengan pati untuk menghasilkan pati hidroksipropil, propilena oksida juga dapat bereaksi dengan pati hidroksipropil yang dihasilkan untuk menghasilkan rantai samping polioksipropil.derajat substitusi.Tingkat substitusi (DS) mengacu pada jumlah rata-rata gugus hidroksil tersubstitusi per gugus glukosil.Sebagian besar gugus glukosil pati mengandung 3 gugus hidroksil yang dapat diganti, sehingga DS maksimum adalah 3. Derajat substitusi molar (MS) mengacu pada massa rata-rata substituen per mol gugus glukosil [223, 229].Kondisi proses reaksi hidroksipropilasi, morfologi granula pati, dan rasio amilosa terhadap amilopektin dalam pati asli semuanya mempengaruhi ukuran MS.
1.2.3.3 Sifat pati hidroksipropil
(1) Gelasi HPS dingin
Untuk pasta pati HPS panas, terutama sistem dengan kandungan amilosa tinggi, selama proses pendinginan, rantai molekul amilosa dalam pasta pati saling membelit satu sama lain untuk membentuk struktur jaringan tiga dimensi, dan menunjukkan perilaku seperti padat yang jelas.Ini menjadi elastomer, membentuk gel, dan dapat kembali ke keadaan larutan setelah dipanaskan kembali, yaitu memiliki sifat gel dingin, dan fenomena gel ini memiliki sifat reversibel [228].
Amilosa yang tergelatinisasi terus digulung untuk membentuk struktur heliks tunggal koaksial.Bagian luar struktur heliks tunggal ini adalah gugus hidrofilik, dan bagian dalamnya adalah rongga hidrofobik.Pada suhu tinggi, HPS ada dalam larutan berair sebagai gulungan acak dari mana beberapa segmen heliks tunggal meregang.Ketika suhu diturunkan, ikatan hidrogen antara HPS dan air putus, air struktural hilang, dan ikatan hidrogen antara rantai molekul terus terbentuk, akhirnya membentuk struktur gel jaringan tiga dimensi.Fase pengisian jaringan gel pati adalah sisa butiran atau fragmen pati setelah gelatinisasi, dan jalinan beberapa amilopektin juga berkontribusi pada pembentukan gel [230-232].
(2) Hidrofilisitas HPS
Pengenalan gugus hidroksipropil hidrofilik melemahkan kekuatan ikatan hidrogen antara molekul pati, mendorong pergerakan molekul atau segmen pati, dan mengurangi suhu leleh mikrokristal pati;struktur butiran pati berubah, dan permukaan butiran pati menjadi kasar Seiring dengan kenaikan suhu, beberapa retakan atau lubang muncul, sehingga molekul air dapat dengan mudah masuk ke bagian dalam butiran pati, membuat pati lebih mudah membengkak dan menjadi gelatin, sehingga suhu gelatinisasi pati menurun.Dengan meningkatnya derajat substitusi, suhu gelatinisasi pati hidroksipropil menurun, dan akhirnya dapat membengkak dalam air dingin.Setelah hidroksipropilasi, kemampuan mengalir, stabilitas suhu rendah, transparansi, kelarutan, dan sifat pembentuk film dari pasta pati meningkat [233-235].
(3) Stabilitas HPS
HPS adalah eter pati non-ionik dengan stabilitas tinggi.Selama reaksi kimia seperti hidrolisis, oksidasi, dan ikatan silang, ikatan eter tidak akan putus dan substituen tidak akan lepas.Oleh karena itu, sifat HPS relatif kurang dipengaruhi oleh elektrolit dan pH, sehingga dapat digunakan dalam rentang pH asam-basa yang luas [236-238].
1.2.3.4 Penerapan HPS di bidang makanan dan obat-obatan
HPS tidak beracun dan tidak berasa, dengan kinerja pencernaan yang baik dan viskositas hidrolisat yang relatif rendah.Ini diakui sebagai pati modifikasi yang aman dimakan di rumah dan di luar negeri.Pada awal 1950-an, Amerika Serikat menyetujui pati hidroksipropil untuk penggunaan langsung dalam makanan [223, 229, 238].HPS adalah pati yang dimodifikasi yang banyak digunakan di bidang makanan, terutama digunakan sebagai zat pengental, zat pensuspensi dan penstabil.
Ini dapat digunakan dalam makanan ringan dan makanan beku seperti minuman, es krim, dan selai;itu sebagian dapat menggantikan permen karet yang dapat dimakan yang mahal seperti gelatin;itu dapat dibuat menjadi film yang dapat dimakan dan digunakan sebagai pelapis dan pengemasan makanan [229, 236].
HPS umumnya digunakan dalam bidang kedokteran sebagai pengisi, pengikat untuk tanaman obat, penghancur untuk tablet, bahan untuk kapsul lunak dan keras farmasi, pelapis obat, agen anti-kondensasi untuk sel darah merah buatan dan pengental plasma, dll [239] .
1.3 Penggabungan Polimer
Bahan polimer banyak digunakan dalam semua aspek kehidupan dan merupakan bahan yang sangat diperlukan dan penting.Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang berkelanjutan membuat kebutuhan manusia semakin beragam, dan umumnya sulit bagi bahan polimer komponen tunggal untuk memenuhi beragam persyaratan aplikasi manusia.Menggabungkan dua atau lebih polimer adalah metode yang paling ekonomis dan efektif untuk mendapatkan bahan polimer dengan harga murah, kinerja luar biasa, pemrosesan yang mudah, dan aplikasi yang luas, yang telah menarik perhatian banyak peneliti dan semakin banyak diperhatikan [ 240-242] .
1.3.1 Tujuan dan metode peracikan polimer
Tujuan utama peracikan polimer: (l) Untuk mengoptimalkan sifat komprehensif bahan.Polimer yang berbeda digabungkan, sehingga senyawa akhir mempertahankan sifat yang sangat baik dari makromolekul tunggal, belajar dari kekuatan satu sama lain dan melengkapi kelemahannya, dan mengoptimalkan sifat komprehensif dari bahan polimer.(2) Mengurangi biaya material.Beberapa bahan polimer memiliki sifat yang sangat baik, tetapi harganya mahal.Oleh karena itu, mereka dapat digabungkan dengan polimer murah lainnya untuk mengurangi biaya tanpa mempengaruhi penggunaan.(3) Meningkatkan sifat pemrosesan material.Beberapa bahan memiliki sifat yang sangat baik tetapi sulit untuk diproses, dan polimer lain yang sesuai dapat ditambahkan untuk meningkatkan sifat pemrosesannya.(4) Untuk memperkuat sifat material tertentu.Untuk meningkatkan kinerja material dalam aspek tertentu, polimer lain digunakan untuk memodifikasinya.(5) Mengembangkan fungsi baru bahan.
Metode peracikan polimer yang umum: (l) Peleburan peracikan.Di bawah aksi pemotongan peralatan peracikan, polimer yang berbeda dipanaskan hingga di atas suhu aliran kental untuk peracikan, dan kemudian didinginkan dan digranulasi setelah peracikan.(2) Rekonstitusi solusi.Kedua komponen diaduk dan dicampur dengan menggunakan pelarut biasa, atau larutan polimer yang berbeda diaduk secara merata, dan kemudian pelarut dihilangkan untuk mendapatkan senyawa polimer.(3) Peracikan emulsi.Setelah pengadukan dan pencampuran emulsi polimer yang berbeda dari jenis pengemulsi yang sama, koagulan ditambahkan untuk mengendapkan polimer untuk mendapatkan senyawa polimer.(4) Kopolimerisasi dan peracikan.Termasuk kopolimerisasi cangkok, kopolimerisasi blok dan kopolimerisasi reaktif, proses peracikan disertai dengan reaksi kimia.(5) Jaringan interpenetrasi [10].
1.3.2 Peracikan polisakarida alami
Polisakarida alami adalah kelas umum dari bahan polimer di alam, yang biasanya dimodifikasi secara kimiawi dan menunjukkan berbagai sifat yang sangat baik.Namun, bahan polisakarida tunggal seringkali memiliki batasan kinerja tertentu, sehingga polisakarida yang berbeda sering digabungkan untuk mencapai tujuan melengkapi keunggulan kinerja setiap komponen dan memperluas cakupan aplikasi.Pada awal 1980-an, penelitian tentang peracikan polisakarida alami yang berbeda telah meningkat secara substansial [243].Penelitian tentang sistem senyawa polisakarida alami di dalam dan luar negeri sebagian besar berfokus pada sistem senyawa curdlan dan non-curdlan dan sistem senyawa dari dua jenis polisakarida non-curd.
1.3.2.1 Klasifikasi hidrogel polisakarida alami
Polisakarida alami dapat dibagi menjadi curdlan dan non-curdlan sesuai dengan kemampuannya membentuk gel.Beberapa polisakarida dapat membentuk gel sendiri, sehingga disebut curdlan, seperti karagenan, dll.;yang lain tidak memiliki sifat pembentuk gel itu sendiri, dan disebut polisakarida non-dadih, seperti gom xanthan.
Hidrogel dapat diperoleh dengan melarutkan curdlan alami dalam larutan berair.Berdasarkan termoreversibilitas gel yang dihasilkan dan ketergantungan suhu modulusnya, dapat dibagi menjadi empat jenis berikut [244]:
(1) Cryogel, larutan polisakarida hanya dapat memperoleh gel pada suhu rendah, seperti karagenan.
(2) Gel yang diinduksi secara termal, larutan polisakarida hanya dapat memperoleh gel pada suhu tinggi, seperti glukomanan.
(3) Larutan polisakarida tidak hanya dapat memperoleh gel pada suhu yang lebih rendah, tetapi juga memperoleh gel pada suhu yang lebih tinggi, tetapi juga menghadirkan keadaan larutan pada suhu menengah.
(4) Larutan hanya dapat memperoleh gel pada suhu tertentu di tengah.Curdlan alami yang berbeda memiliki konsentrasi kritis (minimum) sendiri, di atasnya gel dapat diperoleh.Konsentrasi kritis gel terkait dengan panjang kontinu rantai molekul polisakarida;kekuatan gel sangat dipengaruhi oleh konsentrasi dan berat molekul larutan, dan umumnya kekuatan gel meningkat dengan meningkatnya konsentrasi [245].
1.3.2.2 Sistem gabungan curdlan dan non-curdlan
Peracikan non-curdlan dengan curdlan umumnya meningkatkan kekuatan gel polisakarida [246].Peracikan gom konjac dan karaginan meningkatkan stabilitas dan elastisitas gel struktur jaringan gel komposit, dan secara signifikan meningkatkan kekuatan gelnya.Wei Yu dkk.senyawa karaginan dan gom konjac, dan membahas struktur gel setelah peracikan.Studi ini menemukan bahwa setelah peracikan karagenan dan gom konjac, efek sinergis dihasilkan, dan struktur jaringan yang didominasi karagenan terbentuk, gom konjac tersebar di dalamnya, dan jaringan gelnya lebih padat daripada karagenan murni [247].Kohyama et al.mempelajari sistem senyawa karaginan/konjac gum, dan hasilnya menunjukkan bahwa dengan peningkatan berat molekul konjac gum secara terus menerus, tegangan pecah gel komposit terus meningkat;konjac gum dengan berat molekul berbeda menunjukkan pembentukan gel yang serupa.suhu.Dalam sistem senyawa ini, pembentukan jaringan gel dilakukan oleh karaginan, dan interaksi antara dua molekul curdlan menghasilkan pembentukan daerah ikatan silang yang lemah [248].Nishinari et al.mempelajari sistem senyawa gellan gum/konjac gum, dan hasilnya menunjukkan bahwa efek kation monovalen pada senyawa gel lebih nyata.Ini dapat meningkatkan modulus sistem dan suhu pembentukan gel.Kation divalen dapat mendorong pembentukan gel komposit sampai batas tertentu, tetapi jumlah yang berlebihan akan menyebabkan pemisahan fasa dan mengurangi modulus sistem [246].Breneer et al.mempelajari peracikan karaginan, gom kacang belalang dan gom konjac, dan menemukan bahwa karagenan, gom kacang belalang dan gom konjac dapat menghasilkan efek sinergis, dan rasio optimal adalah gom kacang belalang/karagenan 1:5,5, gom konjac/karaginan 1:7 , dan ketika ketiganya digabungkan bersama, efek sinergisnya sama dengan karagenan/konjac gum, menunjukkan bahwa tidak ada peracikan khusus dari ketiganya.interaksi [249].
1.3.2.2 Dua sistem senyawa non-curdlan
Dua polisakarida alami yang tidak memiliki sifat gel dapat menunjukkan sifat gel melalui peracikan, menghasilkan produk gel [250].Menggabungkan gom kacang belalang dengan gom xanthan menghasilkan efek sinergis yang menginduksi pembentukan gel baru [251].Produk gel baru juga dapat diperoleh dengan menambahkan xanthan gum ke konjak glukomanan untuk peracikan [252].Wei Yanxia dkk.mempelajari sifat-sifat reologi kompleks getah kacang belalang dan getah xanthan.Hasil penelitian menunjukkan bahwa senyawa getah kacang belalang dan getah xanthan menghasilkan efek sinergis.Ketika rasio volume senyawa adalah 4:6, efek sinergis terkuat [253].Fitzsimons dkk.senyawa glukomanan konjac dengan gom xanthan pada suhu kamar dan di bawah pemanasan.Hasil penelitian menunjukkan bahwa semua senyawa menunjukkan sifat gel yang mencerminkan efek sinergis antara keduanya.Suhu peracikan dan keadaan struktural gom xanthan tidak mempengaruhi interaksi antara keduanya [254].Guo Shoujun dan yang lainnya mempelajari campuran asli permen kacang kotoran babi dan permen karet xanthan, dan hasilnya menunjukkan bahwa permen kacang kotoran babi dan permen karet xanthan memiliki efek sinergis yang kuat.Rasio peracikan yang optimal dari gom kacang feses babi dan perekat senyawa gom xanthan adalah 6/4 (b/b).Ini 102 kali lipat dari larutan tunggal gom kedelai, dan gel terbentuk ketika konsentrasi gom majemuk mencapai 0,4%.Senyawa perekat memiliki viskositas tinggi, stabilitas yang baik dan sifat reologi, dan merupakan permen karet makanan yang sangat baik [255].
1.3.3 Kompatibilitas komposit polimer
Kompatibilitas, dari sudut pandang termodinamika, mengacu pada pencapaian kompatibilitas tingkat molekul, juga dikenal sebagai kelarutan timbal balik.Menurut teori model Flory-Huggins, perubahan energi bebas dari sistem senyawa polimer selama proses peracikan sesuai dengan rumus energi bebas Gibbs:
△���=△���—T△S (1-1)
Diantaranya, △���adalah energi bebas kompleks, △���adalah panas kompleks, adalah entropi kompleks;adalah suhu mutlak;sistem kompleks adalah sistem yang kompatibel hanya ketika energi bebas berubah △���selama proses yang kompleks [256].
Konsep ketercampuran muncul dari fakta bahwa sangat sedikit sistem yang dapat mencapai kompatibilitas termodinamika.Miscibility mengacu pada kemampuan komponen yang berbeda untuk membentuk kompleks homogen, dan kriteria yang umum digunakan adalah bahwa kompleks menunjukkan titik transisi kaca tunggal.
Berbeda dari kompatibilitas termodinamika, kompatibilitas umum mengacu pada kemampuan masing-masing komponen dalam sistem senyawa untuk mengakomodasi satu sama lain, yang diusulkan dari sudut pandang praktis [257].
Berdasarkan kompatibilitas umum, sistem senyawa polimer dapat dibagi menjadi sistem yang sepenuhnya kompatibel, kompatibel sebagian, dan sepenuhnya tidak kompatibel.Sistem yang sepenuhnya kompatibel berarti bahwa senyawa tersebut dapat larut secara termodinamika pada tingkat molekuler;sistem yang kompatibel sebagian berarti bahwa senyawa tersebut kompatibel dalam rentang suhu atau komposisi tertentu;sistem yang sama sekali tidak kompatibel berarti bahwa senyawa tersebut adalah tingkat ketercampuran molekul tidak dapat dicapai pada suhu atau komposisi apa pun.
Karena perbedaan struktural tertentu dan entropi konformasi antara polimer yang berbeda, sebagian besar sistem kompleks polimer sebagian kompatibel atau tidak kompatibel [11, 12].Tergantung pada pemisahan fasa dari sistem senyawa dan tingkat pencampuran, kompatibilitas sistem yang kompatibel sebagian juga akan sangat bervariasi [11].Sifat makroskopik komposit polimer sangat erat kaitannya dengan morfologi mikroskopis internalnya dan sifat fisik dan kimia dari masing-masing komponen.240], jadi sangat penting untuk mempelajari morfologi mikroskopis dan kompatibilitas sistem senyawa.
Metode Penelitian dan Karakterisasi Kompatibilitas Senyawa Biner:
(1) Suhu transisi gelas T���metode perbandingan.Membandingkan T���senyawa dengan T���komponennya, jika hanya satu T���muncul dalam gabungan, sistem gabungan adalah sistem yang kompatibel;jika ada dua T���, dan kedua T���posisi senyawa berada di dua kelompok Titik tengah T���menunjukkan bahwa sistem majemuk adalah sistem yang kompatibel sebagian;jika ada dua T���, dan terletak pada posisi kedua komponen T���, ini menunjukkan bahwa sistem majemuk adalah sistem yang tidak kompatibel.
T���Alat uji yang sering digunakan dalam metode perbandingan adalah dynamic thermomechanical analyzer (DMA) dan differential scanning calorimeter (DSC).Metode ini dapat dengan cepat menilai kompatibilitas sistem gabungan, tetapi jika T���dari dua komponen serupa, satu T���juga akan muncul setelah compounding, sehingga metode ini memiliki kekurangan tertentu [10].
(2) Metode Pengamatan Morfologi.Pertama, amati morfologi makroskopik senyawa tersebut.Jika senyawa memiliki pemisahan fasa yang jelas, dapat dinilai sebelumnya bahwa sistem senyawa adalah sistem yang tidak kompatibel.Kedua, morfologi mikroskopis dan struktur fase senyawa diamati dengan mikroskop.Dua komponen yang benar-benar kompatibel akan membentuk keadaan homogen.Oleh karena itu, senyawa dengan kompatibilitas yang baik dapat mengamati distribusi fasa yang seragam dan ukuran partikel fasa terdispersi yang kecil.dan antarmuka buram.
Alat uji yang sering digunakan dalam metode pengamatan topografi adalah mikroskop optik dan mikroskop elektron scanning (SEM).Metode pengamatan topografi dapat digunakan sebagai metode bantu yang dikombinasikan dengan metode karakterisasi lainnya。
(3) Metode transparansi.Dalam sistem senyawa yang kompatibel sebagian, kedua komponen dapat kompatibel dalam rentang suhu dan komposisi tertentu, dan pemisahan fasa akan terjadi di luar rentang ini.Dalam proses transformasi sistem senyawa dari sistem homogen menjadi sistem dua fasa, transmisi cahayanya akan berubah, sehingga kompatibilitasnya dapat dipelajari dengan mempelajari transparansi senyawa.
Metode ini hanya dapat digunakan sebagai metode tambahan, karena ketika indeks bias kedua polimer sama, senyawa yang diperoleh dengan menggabungkan dua polimer yang tidak kompatibel juga transparan.
(4) Metode reologi.Dalam metode ini, perubahan tiba-tiba parameter viskoelastik senyawa digunakan sebagai tanda pemisahan fasa, misalnya, perubahan tiba-tiba kurva suhu viskositas digunakan untuk menandai pemisahan fasa, dan perubahan tiba-tiba dari sifat semu. kurva tegangan geser-suhu digunakan sebagai tanda pemisahan fasa.Sistem peracikan tanpa pemisahan fasa setelah peracikan memiliki kompatibilitas yang baik, dan sistem dengan pemisahan fasa adalah sistem yang tidak kompatibel atau kompatibel sebagian [258].
(5) Metode Kurva Han.Kurva Han adalah lg���'(���) lg G”, jika kurva Han dari sistem gabungan tidak memiliki ketergantungan suhu, dan kurva Han pada suhu yang berbeda membentuk kurva utama, sistem gabungan kompatibel;jika sistem majemuk kompatibel Kurva Han bergantung pada suhu.Jika kurva Han dipisahkan satu sama lain pada suhu yang berbeda dan tidak dapat membentuk kurva utama, sistem gabungan tidak kompatibel atau kompatibel sebagian.Oleh karena itu, kompatibilitas sistem majemuk dapat dinilai menurut pemisahan kurva Han.
(6) Metode viskositas larutan.Metode ini menggunakan perubahan viskositas larutan untuk mengkarakterisasi kompatibilitas sistem senyawa.Di bawah konsentrasi larutan yang berbeda, viskositas senyawa diplot terhadap komposisi.Jika itu adalah hubungan linier, itu berarti sistem majemuk sepenuhnya kompatibel;jika itu adalah hubungan nonlinier, itu berarti bahwa sistem majemuk kompatibel sebagian;jika itu adalah kurva berbentuk S, maka itu menunjukkan bahwa sistem majemuk sama sekali tidak kompatibel [10].
(7) Spektroskopi inframerah.Setelah kedua polimer digabungkan, jika kompatibilitasnya baik maka akan terjadi interaksi seperti ikatan hidrogen, dan posisi pita gugus karakteristik pada spektrum infra merah masing-masing gugus pada rantai polimer akan bergeser.Offset dari pita grup karakteristik kompleks dan masing-masing komponen dapat menilai kompatibilitas sistem yang kompleks.
Selain itu, kompatibilitas kompleks juga dapat dipelajari dengan analisis termogravimetri, difraksi sinar-X, hamburan sinar-X sudut kecil, hamburan cahaya, hamburan elektron neutron, resonansi magnetik nuklir, dan teknik ultrasonik [10].
1.3.4 Kemajuan penelitian senyawa pati hidroksipropil metilselulosa/hidroksipropil
1.3.4.1 Penggabungan hidroksipropil metilselulosa dan zat lainnya
Senyawa HPMC dan zat lainnya terutama digunakan dalam sistem pelepasan yang dikontrol obat dan bahan kemasan film yang dapat dimakan atau yang dapat terdegradasi.Dalam penerapan pelepasan yang dikontrol obat, polimer yang sering digabungkan dengan HPMC termasuk polimer sintetik seperti polivinil alkohol (PVA), kopolimer asam laktat-glikolat (PLGA) dan polikaprolakton (PCL), serta protein, polimer alami seperti polisakarida.Abdel-Zaher dkk.mempelajari komposisi struktural, stabilitas termal dan hubungannya dengan kinerja komposit HPMC/PVA, dan hasilnya menunjukkan bahwa ada beberapa ketercampuran dengan adanya dua polimer [259].Zabihi dkk.menggunakan kompleks HPMC/PLGA untuk menyiapkan mikrokapsul untuk pelepasan insulin yang terkontrol dan berkelanjutan, yang dapat mencapai pelepasan berkelanjutan di lambung dan usus [260].Javed et al.HPMC hidrofilik majemuk dan PCL hidrofobik dan menggunakan kompleks HPMC/PCL sebagai bahan mikrokapsul untuk obat yang dikendalikan dan pelepasan berkelanjutan, yang dapat dilepaskan di berbagai bagian tubuh manusia dengan menyesuaikan rasio peracikan [261].Ding dkk.mempelajari sifat reologi seperti viskositas, viskoelastisitas dinamis, pemulihan creep, dan thixotropy kompleks HPMC/kolagen yang digunakan dalam bidang pelepasan obat terkontrol, memberikan panduan teoritis untuk aplikasi industri [262].Arthanari, Cai dan Rai et al.[263-265] Kompleks HPMC dan polisakarida seperti kitosan, gom xanthan, dan natrium alginat diterapkan dalam proses pelepasan vaksin dan obat berkelanjutan, dan hasilnya menunjukkan efek pelepasan obat yang terkendali [263-265].
Dalam pengembangan bahan kemasan film yang dapat dimakan atau yang dapat terdegradasi, polimer yang sering digabungkan dengan HPMC terutama adalah polimer alami seperti lipid, protein, dan polisakarida.Karaca, Fagundes dan Contreras-Oliva et al.menyiapkan membran komposit yang dapat dimakan dengan kompleks HPMC/lipid, dan menggunakannya masing-masing dalam pengawetan plum, tomat ceri, dan jeruk.Hasil penelitian menunjukkan bahwa membran kompleks HPMC/lipid memiliki efek antibakteri yang baik untuk menjaga kesegaran [266-268].Shetty, Rubilar, dan Ding dkk.mempelajari sifat mekanik, stabilitas termal, struktur mikro, dan interaksi antara komponen film komposit yang dapat dimakan yang dibuat dari HPMC, protein sutera, isolat protein whey, dan kolagen, masing-masing [269-271].Esteghlal et al.HPMC diformulasikan dengan gelatin untuk menyiapkan film yang dapat dimakan untuk digunakan dalam bahan kemasan berbasis bio [111].Priya, Kondaveeti, Sakata dan Ortega-Toro dkk.menyiapkan HPMC/kitosan HPMC/xyloglucan, HPMC/etil selulosa dan HPMC/pati film komposit yang dapat dimakan, masing-masing, dan mempelajari stabilitas termal, sifat sifat mekanik, struktur mikro dan sifat antibakteri [139, 272-274].Senyawa HPMC/PLA juga dapat digunakan sebagai bahan pengemas komoditas pangan, biasanya dengan ekstrusi [275].
Dalam pengembangan bahan kemasan film yang dapat dimakan atau yang dapat terdegradasi, polimer yang sering digabungkan dengan HPMC terutama adalah polimer alami seperti lipid, protein, dan polisakarida.Karaca, Fagundes dan Contreras-Oliva et al.menyiapkan membran komposit yang dapat dimakan dengan kompleks HPMC/lipid, dan menggunakannya masing-masing dalam pengawetan plum, tomat ceri, dan jeruk.Hasil penelitian menunjukkan bahwa membran kompleks HPMC/lipid memiliki efek antibakteri yang baik untuk menjaga kesegaran [266-268].Shetty, Rubilar, dan Ding dkk.mempelajari sifat mekanik, stabilitas termal, struktur mikro, dan interaksi antara komponen film komposit yang dapat dimakan yang dibuat dari HPMC, protein sutera, isolat protein whey, dan kolagen, masing-masing [269-271].Esteghlal et al.HPMC diformulasikan dengan gelatin untuk menyiapkan film yang dapat dimakan untuk digunakan dalam bahan kemasan berbasis bio [111].Priya, Kondaveeti, Sakata dan Ortega-Toro dkk.menyiapkan HPMC/kitosan HPMC/xyloglucan, HPMC/etil selulosa dan HPMC/pati film komposit yang dapat dimakan, masing-masing, dan mempelajari stabilitas termal, sifat sifat mekanik, struktur mikro dan sifat antibakteri [139, 272-274].Senyawa HPMC/PLA juga dapat digunakan sebagai bahan pengemas komoditas pangan, biasanya dengan ekstrusi [275].
1.3.4.2 Peracikan pati dan zat lainnya
Penelitian tentang peracikan pati dan zat lain pada awalnya difokuskan pada berbagai zat poliester alifatik hidrofobik, termasuk asam polilaktat (PLA), polikaprolakton (PCL), asam polibutena suksinat (PBSA), dll. 276].Muller dkk.mempelajari struktur dan sifat komposit pati/PLA dan interaksi antara keduanya, dan hasilnya menunjukkan bahwa interaksi antara keduanya lemah dan sifat mekanik komposit buruk [277].Correa, Komur dan Diaz-Gomez et al.mempelajari sifat mekanik, sifat reologi, sifat gel dan kompatibilitas dari dua komponen kompleks pati/PCL, yang diterapkan pada pengembangan bahan biodegradable, Bahan biomedis dan Bahan Scaffolding Rekayasa Jaringan [278-280].Ohkika dkk.menemukan bahwa campuran tepung maizena dan PBSA sangat menjanjikan.Pada kadar pati 5-30%, peningkatan kandungan granula pati dapat meningkatkan modulus dan menurunkan tegangan tarik dan perpanjangan putus [281,282].Poliester alifatik hidrofobik secara termodinamika tidak sesuai dengan pati hidrofilik, dan berbagai penyerasi dan aditif biasanya ditambahkan untuk meningkatkan antarmuka fase antara pati dan poliester.Szadkowska, Ferri, dan Li dkk.mempelajari efek plasticizer berbasis silanol, minyak biji rami anhidrida maleat, dan turunan minyak nabati yang difungsikan pada struktur dan sifat kompleks pati/PLA, masing-masing [283-285].Ortega-Toro, Yu dkk.menggunakan asam sitrat dan difenilmetana diisosianat untuk menggabungkan senyawa pati/PCL dan senyawa pati/PBSA, masing-masing, untuk meningkatkan sifat dan stabilitas material [286, 287].
Dalam beberapa tahun terakhir, semakin banyak penelitian telah dilakukan pada peracikan pati dengan polimer alami seperti protein, polisakarida, dan lipid.Teklehaimanot, Sahin-Nadeen dan Zhang et al mempelajari sifat fisikokimia pati/zein, pati/whey protein dan kompleks pati/gelatin, dan hasilnya semua mencapai hasil yang baik, yang dapat diterapkan pada biomaterial makanan dan kapsul [52, 288, 289].Lozanno-Navarro, Talon dan Ren et al.mempelajari transmisi cahaya, sifat mekanik, sifat antibakteri dan konsentrasi kitosan dari film komposit pati/kitosan, dan menambahkan ekstrak alami, polifenol teh dan agen antibakteri alami lainnya untuk meningkatkan efek antibakteri dari film komposit.Hasil penelitian menunjukkan bahwa film komposit pati/kitosan memiliki potensi besar dalam kemasan aktif makanan dan obat-obatan [290-292].Kaushik, Ghanbarzadeh, Arvanitoyannis, dan Zhang et al.mempelajari sifat nanokristal pati/selulosa, pati/karboksimetilselulosa, pati/metilselulosa, dan film komposit pati/hidroksipropilmetilselulosa, dan aplikasi utama dalam bahan kemasan yang dapat dimakan/biodegradasi [293-295].Dafe, Jumaidin dan Lascombes et al.mempelajari senyawa pati/food gum seperti pati/pektin, pati/agar dan pati/karagenan, terutama digunakan dalam bidang makanan dan pengemasan makanan [296-298].Sifat fisikokimia pati tapioka/minyak jagung, kompleks pati/lipid dipelajari oleh Perez, De et al., terutama untuk memandu proses produksi makanan ekstrusi [299, 300].
1.3.4.3 Penggabungan hidroksipropil metilselulosa dan pati
Saat ini, belum banyak penelitian tentang sistem senyawa HPMC dan pati di dalam dan luar negeri, dan kebanyakan dari mereka menambahkan sejumlah kecil HPMC ke dalam matriks pati untuk memperbaiki fenomena penuaan pati.Jimenez dkk.menggunakan HPMC untuk mengurangi penuaan pati asli untuk meningkatkan permeabilitas membran pati.Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan HPMC mengurangi penuaan pati dan meningkatkan fleksibilitas membran komposit.Permeabilitas oksigen dari membran komposit meningkat secara signifikan, tetapi kinerja tahan airnya tidak.Berapa banyak yang telah berubah [301].Villacres, Basch dkk.majemuk HPMC dan pati tapioka untuk menyiapkan bahan kemasan film komposit HPMC/pati, dan mempelajari efek plastisisasi gliserin pada film komposit dan efek kalium sorbat dan nisin pada sifat antibakteri film komposit.Hasil menunjukkan bahwa dengan peningkatan kadar HPMC, modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit meningkat, perpanjangan putus menurun, dan permeabilitas uap air memiliki pengaruh yang kecil;potasium sorbat dan nisin keduanya dapat meningkatkan film komposit.Efek antibakteri dari dua agen antibakteri lebih baik bila digunakan bersamaan [112, 302].Ortega-Toro dkk.mempelajari sifat-sifat membran komposit HPMC / pati hot-pressed, dan mempelajari efek asam sitrat pada sifat-sifat membran komposit.Hasil penelitian menunjukkan bahwa HPMC terdispersi dalam fase kontinyu pati, dan baik asam sitrat maupun HPMC berpengaruh terhadap penuaan pati.untuk tingkat tertentu penghambatan [139].Ayorinde dkk.menggunakan film komposit HPMC/pati untuk melapisi amlodipin oral, dan hasilnya menunjukkan bahwa waktu hancur dan laju pelepasan film komposit sangat baik [303].
Zhao Ming dkk.mempelajari efek pati pada tingkat retensi air film HPMC, dan hasilnya menunjukkan bahwa pati dan HPMC memiliki efek sinergis tertentu, yang menghasilkan peningkatan keseluruhan tingkat retensi air [304].Zhang dkk.mempelajari sifat film dari senyawa HPMC/HPS dan sifat reologi larutan.Hasil menunjukkan bahwa sistem senyawa HPMC/HPS memiliki kompatibilitas tertentu, kinerja membran senyawa baik, dan sifat reologi HPS ke HPMC Memiliki efek keseimbangan yang baik [305, 306].Ada beberapa studi tentang sistem senyawa HPMC/pati dengan kandungan HPMC tinggi, dan sebagian besar dalam penelitian kinerja dangkal, dan penelitian teoritis tentang sistem senyawa relatif kurang, terutama gel HPMC/HPS panas-dingin terbalik. -gel komposit fase.Studi mekanistik masih dalam keadaan kosong.
1.4 Reologi kompleks polimer
Dalam proses pengolahan bahan polimer pasti akan terjadi aliran dan deformasi, dan reologi adalah ilmu yang mempelajari hukum aliran dan deformasi bahan [307].Aliran adalah sifat material cair, sedangkan deformasi adalah sifat material padat (kristal).Perbandingan umum aliran cair dan deformasi padat adalah sebagai berikut:
Dalam aplikasi industri praktis bahan polimer, viskositas dan viskoelastisitasnya menentukan kinerja pemrosesannya.Dalam proses pemrosesan dan pencetakan, dengan perubahan laju geser, viskositas bahan polimer mungkin memiliki besaran beberapa kali lipat.Ubah [308].Sifat reologi seperti viskositas dan penipisan geser secara langsung mempengaruhi kontrol pemompaan, perfusi, dispersi dan penyemprotan selama pemrosesan bahan polimer, dan merupakan sifat paling penting dari bahan polimer.
1.4.1 Viskoelastisitas polimer
Di bawah kekuatan eksternal, cairan polimer tidak hanya dapat mengalir, tetapi juga menunjukkan deformasi, menunjukkan semacam kinerja "viskoelastisitas", dan esensinya adalah koeksistensi "dua fase padat-cair" [309].Namun, viskoelastisitas ini bukan viskoelastisitas linier pada deformasi kecil, tetapi viskoelastisitas nonlinier di mana material menunjukkan deformasi besar dan tegangan yang berkepanjangan [310].
Larutan berair polisakarida alami juga disebut hidrosol.Dalam larutan encer, makromolekul polisakarida berbentuk gulungan yang terpisah satu sama lain.Ketika konsentrasi meningkat ke nilai tertentu, gulungan makromolekul saling menembus dan saling tumpang tindih.Nilai tersebut disebut konsentrasi kritis [311].Di bawah konsentrasi kritis, viskositas larutan relatif rendah, dan tidak terpengaruh oleh laju geser, yang menunjukkan perilaku fluida Newtonian;ketika konsentrasi kritis tercapai, makromolekul yang awalnya bergerak dalam isolasi mulai terjerat satu sama lain, dan viskositas larutan meningkat secara signifikan.meningkat [312];sementara ketika konsentrasi melebihi konsentrasi kritis, penipisan geser diamati dan larutan menunjukkan perilaku fluida non-Newtonian [245].
Beberapa hidrosol dapat membentuk gel dalam kondisi tertentu, dan sifat viskoelastisnya biasanya ditandai dengan modulus penyimpanan G', modulus kehilangan G” dan ketergantungan frekuensinya.Modulus penyimpanan sesuai dengan elastisitas sistem, sedangkan modulus kerugian sesuai dengan viskositas sistem [311].Dalam larutan encer, tidak ada keterikatan antar molekul, sehingga pada rentang frekuensi yang luas, G′ jauh lebih kecil daripada G″, dan menunjukkan ketergantungan frekuensi yang kuat.Karena G′ dan G″ masing-masing sebanding dengan frekuensi ω dan kuadratnya, ketika frekuensinya lebih tinggi, G′ > G″.Ketika konsentrasi lebih tinggi dari konsentrasi kritis, G′ dan G″ masih memiliki ketergantungan frekuensi.Ketika frekuensinya lebih rendah, G′ < G″, dan frekuensinya secara bertahap meningkat, keduanya akan bersilangan, dan berbalik ke G′ > di wilayah frekuensi tinggi G”.
Titik kritis di mana hidrosol polisakarida alami berubah menjadi gel disebut titik gel.Ada banyak definisi titik gel, dan yang paling umum digunakan adalah definisi viskoelastisitas dinamis dalam reologi.Ketika modulus penyimpanan G′ dari sistem sama dengan modulus kerugian G″, itu adalah titik gel, dan G′ > G″ Pembentukan gel [312, 313].
Beberapa molekul polisakarida alami membentuk asosiasi yang lemah, dan struktur gelnya mudah dihancurkan, dan G' sedikit lebih besar dari G”, menunjukkan ketergantungan frekuensi yang lebih rendah;sementara beberapa molekul polisakarida alami dapat membentuk daerah ikatan silang yang stabil, yang Struktur gelnya lebih kuat, G′ jauh lebih besar daripada G″, dan tidak memiliki ketergantungan frekuensi [311].
1.4.2 Perilaku reologi kompleks polimer
Untuk sistem senyawa polimer yang sepenuhnya kompatibel, senyawa tersebut adalah sistem yang homogen, dan viskoelastisitasnya umumnya merupakan penjumlahan dari sifat polimer tunggal, dan viskoelastisitasnya dapat dijelaskan dengan aturan empiris sederhana [314].Praktek telah membuktikan bahwa sistem homogen tidak kondusif untuk perbaikan sifat mekaniknya.Sebaliknya, beberapa sistem kompleks dengan struktur yang dipisahkan fase memiliki kinerja yang sangat baik [315].
Kompatibilitas sistem senyawa yang kompatibel sebagian akan dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti rasio senyawa sistem, laju geser, suhu dan struktur komponen, yang menunjukkan kompatibilitas atau pemisahan fasa, dan transisi dari kompatibilitas ke pemisahan fasa tidak dapat dihindari.menyebabkan perubahan signifikan dalam viskoelastisitas sistem [316, 317].Dalam beberapa tahun terakhir, ada banyak penelitian tentang perilaku viskoelastik dari sistem kompleks polimer yang kompatibel sebagian.Hasil penelitian menunjukkan bahwa perilaku rheologi dari sistem majemuk di zona kompatibilitas menunjukkan karakteristik dari sistem yang homogen.Di zona pemisahan fase, perilaku rheologi benar-benar berbeda dari zona homogen dan sangat kompleks.
Memahami sifat reologi dari sistem peracikan di bawah konsentrasi yang berbeda, rasio peracikan, laju geser, suhu, dll. Sangat penting untuk pemilihan teknologi pemrosesan yang tepat, desain formula yang rasional, kontrol kualitas produk yang ketat, dan pengurangan produksi yang tepat. konsumsi energi.[309].Misalnya, untuk bahan yang peka terhadap suhu, viskositas bahan dapat diubah dengan menyesuaikan suhu.Dan meningkatkan kinerja pemrosesan;pahami zona penipisan geser material, pilih laju geser yang sesuai untuk mengontrol kinerja pemrosesan material, dan tingkatkan efisiensi produksi.
1.4.3 Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat reologi senyawa
1.4.3.1 Komposisi
Sifat fisik dan kimia dan struktur internal sistem senyawa merupakan cerminan komprehensif dari kontribusi gabungan dari sifat masing-masing komponen dan interaksi antar komponen.Oleh karena itu, sifat fisik dan kimia dari masing-masing komponen itu sendiri memiliki peran yang menentukan dalam sistem senyawa.Tingkat kompatibilitas antara polimer yang berbeda sangat bervariasi, beberapa sangat kompatibel, dan beberapa hampir sepenuhnya tidak kompatibel.
1.4.3.2 Perbandingan sistem majemuk
Viskoelastisitas dan sifat mekanik sistem senyawa polimer akan berubah secara signifikan dengan perubahan rasio senyawa.Ini karena rasio majemuk menentukan kontribusi masing-masing komponen pada sistem majemuk, dan juga mempengaruhi masing-masing komponen.interaksi dan distribusi fasa.Xie Yajie dkk.mempelajari kitosan/hidroksipropil selulosa dan menemukan bahwa viskositas senyawa meningkat secara signifikan dengan peningkatan kandungan hidroksipropil selulosa [318].Zhang Yayuan dkk.mempelajari kompleks gom xanthan dan pati jagung dan menemukan bahwa ketika rasio gom xanthan adalah 10%, koefisien konsistensi, tegangan luluh dan indeks cairan dari sistem kompleks meningkat secara signifikan.Jelas [319].
1.4.3.3 Laju geser
Sebagian besar cairan polimer adalah cairan pseudoplastik, yang tidak sesuai dengan hukum aliran Newton.Fitur utama adalah bahwa viskositas pada dasarnya tidak berubah di bawah geser rendah, dan viskositas menurun tajam dengan peningkatan laju geser [308, 320].Kurva aliran cairan polimer secara kasar dapat dibagi menjadi tiga wilayah: wilayah Newtonian geser rendah, wilayah penipisan geser dan wilayah stabilitas geser tinggi.Ketika laju geser cenderung nol, tegangan dan regangan menjadi linier, dan perilaku aliran cairan mirip dengan fluida Newtonian.Pada saat ini, viskositas cenderung ke nilai tertentu, yang disebut viskositas geser nol η0.η0 mencerminkan waktu relaksasi maksimum bahan dan merupakan parameter penting bahan polimer, yang terkait dengan berat molekul rata-rata polimer dan energi aktivasi aliran kental.Di zona penipisan geser, viskositas secara bertahap menurun dengan meningkatnya laju geser, dan fenomena "penipisan geser" terjadi.Zona ini merupakan zona aliran khas dalam pengolahan bahan polimer.Di daerah stabilitas geser tinggi, karena laju geser terus meningkat, viskositas cenderung ke konstanta lain, viskositas geser tak terbatas η∞, tetapi daerah ini biasanya sulit dijangkau.
1.4.3.4 Suhu
Suhu secara langsung memengaruhi intensitas gerakan termal acak molekul, yang secara signifikan dapat memengaruhi interaksi antarmolekul seperti difusi, orientasi rantai molekul, dan keterikatan.Secara umum, selama aliran bahan polimer, pergerakan rantai molekul dilakukan dalam segmen-segmen;dengan meningkatnya suhu, volume bebas meningkat, dan hambatan aliran segmen menurun, sehingga viskositas menurun.Namun, untuk beberapa polimer, dengan meningkatnya suhu, terjadi asosiasi hidrofobik antara rantai, sehingga viskositas malah meningkat.
Berbagai polimer memiliki tingkat kepekaan yang berbeda terhadap suhu, dan polimer tinggi yang sama memiliki efek berbeda pada kinerja mekanismenya dalam rentang suhu yang berbeda.
1.5 Signifikansi penelitian, tujuan penelitian dan isi penelitian dari topik ini
1.5.1 Signifikansi penelitian
Meskipun HPMC adalah bahan yang aman dan dapat dimakan yang banyak digunakan di bidang makanan dan obat-obatan, ia memiliki sifat pembentuk film, pendispersi, penebalan, dan penstabil yang baik.Film HPMC juga memiliki transparansi yang baik, sifat penghalang minyak, dan sifat mekanik.Namun, harganya yang tinggi (sekitar 100.000/ton) membatasi penerapannya secara luas, bahkan dalam aplikasi farmasi bernilai tinggi seperti kapsul.Selain itu, HPMC adalah gel yang diinduksi secara termal, yang ada dalam keadaan larutan dengan viskositas rendah pada suhu rendah, dan dapat membentuk gel seperti padat kental pada suhu tinggi, sehingga proses pemrosesan seperti pelapisan, penyemprotan, dan pencelupan harus dilakukan. keluar pada suhu tinggi, menghasilkan konsumsi energi produksi yang tinggi dan biaya produksi yang tinggi.Properti seperti viskositas yang lebih rendah dan kekuatan gel HPMC pada suhu rendah mengurangi kemampuan proses HPMC di banyak aplikasi.
Sebaliknya, HPS merupakan bahan pangan yang murah (sekitar 20.000/ton) yang juga banyak digunakan dalam bidang makanan dan obat-obatan.Alasan mengapa HPMC sangat mahal adalah karena bahan baku selulosa yang digunakan untuk membuat HPMC lebih mahal daripada bahan baku pati yang digunakan untuk membuat HPS.Selain itu, HPMC dicangkokkan dengan dua substituen, hidroksipropil dan metoksi.Alhasil, proses penyiapannya menjadi sangat rumit, sehingga harga HPMC jauh lebih mahal dibandingkan dengan HPS.Proyek ini berharap dapat menggantikan beberapa HPMC yang mahal dengan HPS yang berharga murah, dan mengurangi harga produk berdasarkan mempertahankan fungsi yang serupa.
Selain itu, HPS adalah gel dingin yang berada dalam keadaan gel viskoelastik pada suhu rendah dan membentuk larutan yang mengalir pada suhu tinggi.Oleh karena itu, penambahan HPS pada HPMC dapat menurunkan suhu gel HPMC dan meningkatkan viskositasnya pada suhu rendah.dan kekuatan gel, meningkatkan kemampuan prosesnya pada suhu rendah.Selain itu, edible film HPS memiliki sifat penghalang oksigen yang baik, sehingga menambahkan HPS ke dalam HPMC dapat meningkatkan sifat penghalang oksigen dari film yang dapat dimakan.
Singkatnya, kombinasi HPMC dan HPS: Pertama, memiliki signifikansi teoretis yang penting.HPMC adalah gel panas, dan HPS adalah gel dingin.Dengan menggabungkan keduanya, secara teoritis terdapat titik transisi antara gel panas dan dingin.Pembentukan sistem senyawa gel dingin dan panas HPMC / HPS dan penelitian mekanismenya dapat memberikan cara baru untuk penelitian sistem senyawa gel fase terbalik dingin dan panas semacam ini, menetapkan panduan teoretis.Kedua, dapat mengurangi biaya produksi dan meningkatkan keuntungan produk.Melalui kombinasi HPS dan HPMC, biaya produksi dapat dikurangi dalam hal konsumsi bahan baku dan energi produksi, dan keuntungan produk dapat ditingkatkan secara signifikan.Ketiga, dapat meningkatkan kinerja pemrosesan dan memperluas aplikasi.Penambahan HPS dapat meningkatkan konsentrasi dan kekuatan gel HPMC pada suhu rendah, serta meningkatkan kinerja pengolahannya pada suhu rendah.Selain itu, kinerja produk dapat ditingkatkan.Dengan menambahkan HPS untuk menyiapkan film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan, sifat penghalang oksigen dari film yang dapat dimakan dapat ditingkatkan.
Kompatibilitas sistem senyawa polimer dapat secara langsung menentukan morfologi mikroskopis dan sifat komprehensif senyawa, terutama sifat mekanik.Oleh karena itu, sangat penting untuk mempelajari kompatibilitas sistem kompon HPMC/HPS.Baik HPMC dan HPS adalah polisakarida hidrofilik dengan unit-glukosa struktural yang sama dan dimodifikasi oleh gugus fungsi hidroksipropil yang sama, yang sangat meningkatkan kompatibilitas sistem senyawa HPMC/HPS.Namun, HPMC adalah gel dingin dan HPS adalah gel panas, dan perilaku gel terbalik dari keduanya mengarah pada fenomena pemisahan fasa dari sistem senyawa HPMC/HPS.Singkatnya, morfologi fasa dan transisi fasa dari sistem komposit gel dingin-panas HPMC/HPS cukup kompleks, sehingga kompatibilitas dan pemisahan fasa dari sistem ini akan sangat menarik.
Struktur morfologi dan perilaku reologi sistem kompleks polimer saling terkait.Di satu sisi, perilaku reologi selama pemrosesan akan berdampak besar pada struktur morfologi sistem;di sisi lain, perilaku reologi sistem dapat secara akurat mencerminkan perubahan struktur morfologi sistem.Oleh karena itu, sangat penting untuk mempelajari sifat reologi sistem senyawa HPMC/HPS untuk memandu produksi, pemrosesan, dan kontrol kualitas.
Sifat makroskopis seperti struktur morfologi, kompatibilitas dan reologi sistem senyawa gel dingin dan panas HPMC/HPS bersifat dinamis, dan dipengaruhi oleh serangkaian faktor seperti konsentrasi larutan, rasio peracikan, laju geser dan suhu.Hubungan antara struktur morfologi mikroskopis dan sifat makroskopik sistem komposit dapat diatur dengan mengontrol struktur morfologi dan kompatibilitas sistem komposit.
1.5.2 Tujuan penelitian
Sistem senyawa gel fase terbalik dingin dan panas HPMC / HPS dibangun, sifat reologinya dipelajari, dan efek struktur fisik dan kimia komponen, rasio peracikan dan kondisi pemrosesan pada sifat reologi sistem dieksplorasi.Film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan disiapkan, dan sifat makroskopik seperti sifat mekanik, permeabilitas udara dan sifat optik film dipelajari, dan faktor dan hukum yang mempengaruhi dieksplorasi.Secara sistematis mempelajari transisi fase, kompatibilitas dan pemisahan fase sistem kompleks gel fase terbalik HPMC / HPS dingin dan panas, mengeksplorasi faktor dan mekanisme yang mempengaruhinya, dan membangun hubungan antara struktur morfologi mikroskopis dan sifat makroskopik.Struktur morfologi dan kompatibilitas sistem komposit digunakan untuk mengontrol sifat material komposit.
1.5.3 Konten penelitian
Untuk mencapai tujuan penelitian yang diharapkan, makalah ini akan melakukan penelitian sebagai berikut:
(1) Bangun sistem senyawa gel fase terbalik HPMC/HPS dingin dan panas, dan gunakan rheometer untuk mempelajari sifat reologi larutan senyawa, terutama efek konsentrasi, rasio peracikan, dan laju geser pada viskositas dan indeks aliran sistem majemuk.Pengaruh dan hukum sifat reologi seperti thixotropy dan thixotropy diselidiki, dan mekanisme pembentukan gel komposit dingin dan panas terlebih dahulu dieksplorasi.
(2) HPMC/HPS film komposit yang dapat dimakan disiapkan, dan mikroskop elektron pemindaian digunakan untuk mempelajari pengaruh sifat yang melekat pada masing-masing komponen dan rasio komposisi pada morfologi mikroskopis dari film komposit;penguji sifat mekanik digunakan untuk mempelajari sifat yang melekat pada masing-masing komponen, komposisi film komposit Pengaruh rasio dan kelembaban relatif lingkungan terhadap sifat mekanik film komposit;penggunaan penguji laju transmisi oksigen dan spektrofotometer UV-Vis untuk mempelajari efek dari sifat inheren komponen dan rasio senyawa pada sifat transmisi oksigen dan cahaya dari film komposit Kompatibilitas dan pemisahan fasa dari film dingin HPMC/HPS sistem komposit gel invers panas dipelajari dengan pemindaian mikroskop elektron, analisis termogravimetri dan analisis termomekanis dinamis.
(3) Hubungan antara morfologi mikroskopis dan sifat mekanik dari sistem komposit gel dingin-panas HPMC / HPS didirikan.Film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan disiapkan, dan pengaruh konsentrasi senyawa dan rasio senyawa pada distribusi fase dan transisi fase sampel dipelajari dengan mikroskop optik dan metode pewarnaan yodium;Aturan pengaruh konsentrasi senyawa dan rasio senyawa pada sifat mekanik dan sifat transmisi cahaya dari sampel ditetapkan.Hubungan antara struktur mikro dan sifat mekanik dari sistem komposit gel invers dingin-panas HPMC / HPS diselidiki.
(4) Efek tingkat substitusi HPS pada sifat reologi dan sifat gel dari sistem komposit gel fase terbalik dingin-panas HPMC / HPS.Efek derajat substitusi HPS, laju geser dan suhu pada viskositas dan sifat reologi lainnya dari sistem senyawa, serta titik transisi gel, ketergantungan frekuensi modulus dan sifat gel lainnya serta hukumnya dipelajari dengan menggunakan rheometer.Distribusi fase yang bergantung pada suhu dan transisi fase sampel dipelajari dengan pewarnaan yodium, dan mekanisme gelasi sistem kompleks gel fase terbalik dingin-panas HPMC / HPS dijelaskan.
(5) Efek modifikasi struktur kimia HPS pada sifat makroskopis dan kompatibilitas sistem komposit gel fase terbalik dingin-panas HPMC/HPS.Film komposit HPMC / HPS yang dapat dimakan disiapkan, dan efek derajat substitusi hidroksipropil HPS pada struktur kristal dan struktur mikro-domain dari film komposit dipelajari oleh teknologi hamburan sinar-X sudut kecil radiasi sinkrotron.Hukum pengaruh derajat substitusi hidroksipropil HPS terhadap sifat mekanik membran komposit dipelajari oleh alat uji sifat mekanik;hukum pengaruh derajat substitusi HPS terhadap permeabilitas oksigen membran komposit dipelajari oleh oxygen permeability tester;hidroksipropil HPS Pengaruh derajat substitusi gugus terhadap stabilitas termal film komposit HPMC/HPS.
Bab 2 Kajian reologi sistem senyawa HPMC/HPS
Edible film berbasis polimer alami dapat dibuat dengan metode basah yang relatif sederhana [321].Pertama, polimer dilarutkan atau didispersikan dalam fase cair untuk menyiapkan cairan pembentuk film atau suspensi pembentuk film yang dapat dimakan, dan kemudian dipekatkan dengan menghilangkan pelarut.Di sini, pengoperasian biasanya dilakukan dengan mengeringkan pada suhu yang sedikit lebih tinggi.Proses ini biasanya digunakan untuk memproduksi film kemasan yang dapat dimakan, atau untuk melapisi produk secara langsung dengan larutan pembentuk film dengan mencelupkan, menyikat, atau menyemprot.Desain pengolahan film yang dapat dimakan membutuhkan perolehan data reologi yang akurat dari cairan pembentuk film, yang sangat penting untuk kontrol kualitas produk dari film dan pelapis kemasan yang dapat dimakan [322].
HPMC adalah perekat termal, yang membentuk gel pada suhu tinggi dan berada dalam keadaan larutan pada suhu rendah.Properti gel termal ini membuat viskositasnya pada suhu rendah menjadi sangat rendah, yang tidak kondusif untuk proses produksi spesifik seperti pencelupan, penyikatan, dan pencelupan.operasi, menghasilkan kemampuan proses yang buruk pada suhu rendah.Sebaliknya, HPS adalah gel dingin, keadaan gel kental pada suhu rendah, dan suhu tinggi.Keadaan larutan dengan viskositas rendah.Oleh karena itu, melalui kombinasi keduanya, sifat reologi HPMC seperti viskositas pada suhu rendah dapat diseimbangkan sampai batas tertentu.
Bab ini berfokus pada efek konsentrasi larutan, rasio peracikan, dan suhu pada sifat reologi seperti viskositas geser nol, indeks aliran, dan thixotropy dari sistem senyawa gel invers dingin-panas HPMC/HPS.Aturan penjumlahan digunakan untuk terlebih dahulu membahas kompatibilitas sistem gabungan.
2.2 Metode Eksperimen
2.2.1 Pembuatan larutan senyawa HPMC/HPS
Timbang terlebih dahulu bubuk kering HPMC dan HPS, dan campur sesuai dengan konsentrasi 15% (b/b) dan perbandingan yang berbeda yaitu 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, 0:10;kemudian tambahkan 70 °C Dalam C air, aduk cepat selama 30 menit pada 120 rpm/menit untuk membubarkan HPMC sepenuhnya;kemudian panaskan larutan hingga di atas 95 °C, aduk cepat selama 1 jam dengan kecepatan yang sama untuk membuat HPS menjadi gelatin seluruhnya;gelatinisasi selesai Setelah itu, suhu larutan diturunkan dengan cepat menjadi 70 °C, dan HPMC dilarutkan sepenuhnya dengan pengadukan pada kecepatan lambat 80 rpm/menit selama 40 menit.(Semua w/w dalam artikel ini adalah: massa basis kering dari sampel/total massa larutan).
2.2.2 Sifat reologi sistem senyawa HPMC/HPS
2.2.2.1 Prinsip analisis reologi
Rheometer rotasi dilengkapi dengan sepasang klem paralel naik dan turun, dan aliran geser sederhana dapat diwujudkan melalui gerakan relatif antara klem.Rheometer dapat diuji dalam mode langkah, mode aliran, dan mode osilasi: dalam mode langkah, rheometer dapat menerapkan tegangan transien ke sampel, yang terutama digunakan untuk menguji respons karakteristik transien dan waktu kondisi tunak sampel.Evaluasi dan respons viskoelastik seperti relaksasi stres, mulur dan pemulihan;dalam mode aliran, rheometer dapat menerapkan tekanan linier pada sampel, yang terutama digunakan untuk menguji ketergantungan viskositas sampel pada laju geser dan ketergantungan viskositas pada suhu dan thixotropy;dalam mode osilasi, rheometer dapat menghasilkan tegangan osilasi bolak-balik sinusoidal, yang terutama digunakan untuk penentuan wilayah viskoelastik linier, evaluasi stabilitas termal, dan suhu gelasi sampel.
2.2.2.2 Metode uji mode aliran
Perlengkapan pelat paralel dengan diameter 40 mm digunakan, dan jarak pelat diatur ke 0,5 mm.
1. Viskositas berubah seiring waktu.Temperatur pengujian adalah 25 °C, laju geser 800 detik-1, dan waktu pengujian adalah 2500 detik.
2. Viskositas bervariasi dengan laju geser.Temperatur uji 25 °C, laju pra-geser 800 detik-1, waktu pra-geser 1000 detik;laju geser 10²-10³s.
Tegangan geser (τ ) dan laju geser (γ) mengikuti hukum kekuatan Ostwald-de Waele:
̇τ=K.γ n (2-1)
di mana τ adalah tegangan geser, Pa;
γ adalah laju geser, s-1;
n adalah indeks likuiditas;
K adalah koefisien viskositas, Pa·sn.
Hubungan antara viskositas (ŋ) dari larutan polimer dan laju geser (γ) dapat disesuaikan dengan modulus carren:
Diantara mereka,ŋ0viskositas geser, Pa s;
ŋ∞adalah viskositas geser tak terhingga, Pa s;
λadalah waktu relaksasi, s;
n adalah indeks penipisan geser ；
3. Metode uji thixotropy tiga tahap.Suhu uji adalah 25 °C, a.Tahap stasioner, laju geser 1 s-1, dan waktu uji 50 s;B.Tahap geser, laju geser 1000 s-1, dan waktu pengujian 20 s;C.Proses pemulihan struktur, laju geser 1 s-1, dan waktu pengujian 250 s.
Dalam proses pemulihan struktur, tingkat pemulihan struktur setelah waktu pemulihan yang berbeda dinyatakan dengan tingkat pemulihan viskositas:
DSR=ŋt ⁄ ŋ╳100%
Diantara mereka,ŋt adalah viskositas pada waktu pemulihan struktural ts, Pa s;
hŋadalah viskositas pada akhir tahap pertama, Pa s.
2.3 Hasil dan Pembahasan
2.3.1 Pengaruh waktu geser pada sifat reologi sistem senyawa
Pada laju geser konstan, viskositas semu dapat menunjukkan tren yang berbeda dengan bertambahnya waktu geser.Gambar 2-1 menunjukkan kurva khas viskositas versus waktu dalam sistem senyawa HPMC/HPS.Dapat dilihat dari gambar bahwa dengan perpanjangan waktu geser, viskositas semu terus menurun.Ketika waktu pemotongan mencapai sekitar 500 detik, viskositas mencapai keadaan stabil, yang menunjukkan bahwa viskositas sistem senyawa di bawah pemotongan kecepatan tinggi memiliki nilai tertentu.Ketergantungan waktu, yaitu, thixotropy ditampilkan dalam rentang waktu tertentu.
Oleh karena itu, ketika mempelajari hukum variasi viskositas sistem senyawa dengan laju geser, sebelum uji geser kondisi-mapan yang sebenarnya, periode tertentu dari geser awal berkecepatan tinggi diperlukan untuk menghilangkan pengaruh thixotropy pada sistem senyawa. .Dengan demikian, diperoleh hukum variasi viskositas dengan laju geser sebagai faktor tunggal.Dalam percobaan ini, viskositas semua sampel mencapai keadaan tunak sebelum 1000 detik pada laju geser tinggi 800 1/detik dengan waktu, yang tidak diplot di sini.Oleh karena itu, dalam desain eksperimen masa depan, digunakan pra-pencukuran selama 1000 detik pada laju geser tinggi 800 1/detik untuk menghilangkan efek thixotropy dari semua sampel.
2.3.2 Pengaruh konsentrasi pada sifat reologi sistem senyawa
Secara umum, viskositas larutan polimer meningkat dengan meningkatnya konsentrasi larutan.Gambar 2-2 menunjukkan pengaruh konsentrasi pada ketergantungan laju geser dari viskositas formulasi HPMC/HPS.Dari gambar tersebut, kita dapat melihat bahwa pada shear rate yang sama, viskositas sistem senyawa meningkat secara bertahap dengan meningkatnya konsentrasi larutan.Viskositas larutan senyawa HPMC / HPS dengan konsentrasi berbeda menurun secara bertahap dengan peningkatan laju geser, menunjukkan fenomena penipisan geser yang jelas, yang menunjukkan bahwa larutan senyawa dengan konsentrasi berbeda milik cairan pseudoplastik.Namun, ketergantungan laju geser viskositas menunjukkan kecenderungan yang berbeda dengan perubahan konsentrasi larutan.Ketika konsentrasi larutan rendah, fenomena penipisan geser dari larutan komposit kecil;dengan peningkatan konsentrasi larutan, fenomena penipisan geser dari larutan komposit lebih jelas.
2.3.2.1 Pengaruh konsentrasi terhadap viskositas geser nol sistem kompon
Kurva laju geser viskositas dari sistem senyawa pada konsentrasi yang berbeda disesuaikan dengan model Carren, dan viskositas geser nol dari larutan senyawa diekstrapolasi (0,9960 < R₂<0,9997).Pengaruh konsentrasi terhadap viskositas larutan senyawa dapat dipelajari lebih lanjut dengan mempelajari hubungan antara viskositas geser nol dan konsentrasi.Dari Gambar 2-3, dapat dilihat bahwa hubungan antara viskositas zero-shear dan konsentrasi larutan majemuk mengikuti hukum pangkat:
di mana k dan m adalah konstanta.
Dalam koordinat logaritmik ganda, tergantung pada besarnya kemiringan m, terlihat bahwa ketergantungan pada konsentrasi menghadirkan dua tren yang berbeda.Menurut teori Dio-Edwards, pada konsentrasi rendah, kemiringannya lebih tinggi (m = 11,9, R2 = 0,9942), yang termasuk dalam larutan encer;sedangkan pada konsentrasi tinggi, kemiringannya relatif rendah (m = 2,8, R2 = 0,9822), yang termasuk dalam larutan subkonsentrasi.Oleh karena itu, konsentrasi kritis C* dari sistem senyawa dapat ditentukan menjadi 8% melalui persambungan kedua wilayah ini.Menurut hubungan umum antara keadaan yang berbeda dan konsentrasi polimer dalam larutan, model keadaan molekul sistem senyawa HPMC/HPS dalam larutan suhu rendah diusulkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-3.
HPS adalah gel dingin, ini adalah keadaan gel pada suhu rendah, dan itu adalah keadaan larutan pada suhu tinggi.Pada suhu pengujian (25 °C), HPS berbentuk gel, seperti yang ditunjukkan pada area jaringan berwarna biru pada gambar;sebaliknya, HPMC adalah gel panas, Pada suhu uji, itu dalam keadaan larutan, seperti yang ditunjukkan pada molekul garis merah.
Dalam larutan encer C < C *, rantai molekul HPMC terutama ada sebagai struktur rantai independen, dan volume yang dikecualikan membuat rantai terpisah satu sama lain;selain itu, fase gel HPS berinteraksi dengan beberapa molekul HPMC untuk membentuk keseluruhan. Bentuk dan rantai molekul independen HPMC ada secara terpisah satu sama lain, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-2a.
Dengan meningkatnya konsentrasi, jarak antara rantai molekul independen dan daerah fase secara bertahap menurun.Ketika konsentrasi kritis C* tercapai, molekul HPMC yang berinteraksi dengan fase gel HPS secara bertahap meningkat, dan rantai molekul HPMC independen mulai terhubung satu sama lain, membentuk fase HPS sebagai pusat gel, dan rantai molekul HPMC terjalin. dan terhubung satu sama lain.Keadaan mikrogel ditunjukkan pada Gambar 2-2b.
Dengan peningkatan konsentrasi lebih lanjut, C > C*, jarak antara fase gel HPS semakin berkurang, dan rantai polimer HPMC yang terjerat dan wilayah fase HPS menjadi lebih kompleks dan interaksinya lebih intens, sehingga larutan menunjukkan perilaku. mirip dengan lelehan polimer, seperti ditunjukkan pada Gambar 2-2c.
2.3.2.2 Pengaruh konsentrasi pada perilaku fluida sistem senyawa
Hukum kekuatan Ostwald-de Waele (lihat rumus (2-1)) digunakan untuk menyesuaikan tegangan geser dan kurva laju geser (tidak ditampilkan dalam teks) dari sistem senyawa dengan konsentrasi yang berbeda, dan indeks aliran n dan koefisien viskositas K bisa didapat., hasil pemasangan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2-1.
Tabel 2-1 Indeks perilaku aliran (n) dan indeks konsistensi fluida (K) larutan HPS/HPMC dengan variasi konsentrasi pada suhu 25 °C
Eksponen aliran fluida Newtonian adalah n = 1, eksponen aliran fluida pseudoplastik adalah n < 1, dan semakin jauh n menyimpang dari 1, semakin kuat pseudoplastisitas fluida tersebut, dan eksponen aliran fluida dilatan adalah n > 1. Dapat dilihat dari Tabel 2-1 bahwa nilai n larutan majemuk dengan konsentrasi berbeda semuanya kurang dari 1, hal ini menunjukkan bahwa larutan majemuk semuanya adalah fluida pseudoplastis.Pada konsentrasi rendah, nilai n dari larutan yang dilarutkan mendekati 0, yang menunjukkan bahwa larutan senyawa dengan konsentrasi rendah dekat dengan cairan Newtonian, karena dalam larutan senyawa dengan konsentrasi rendah, rantai polimer ada secara independen satu sama lain.Dengan meningkatnya konsentrasi larutan, nilai n dari sistem senyawa menurun secara bertahap, yang menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi meningkatkan perilaku pseudoplastis dari larutan senyawa.Interaksi seperti keterikatan terjadi antara dan dengan fase HPS, dan perilaku alirannya lebih dekat dengan lelehan polimer.
Pada konsentrasi rendah, koefisien viskositas K sistem senyawa kecil (C < 8%, K < 1 Pa·sn), dan dengan peningkatan konsentrasi, nilai K sistem senyawa meningkat secara bertahap, menunjukkan bahwa viskositas sistem senyawa sistem senyawa menurun, yang konsisten dengan ketergantungan konsentrasi viskositas geser nol.
2.3.3 Pengaruh rasio peracikan terhadap sifat reologi sistem peracikan
Gambar 2-4 Viskositas vs laju geser larutan HPMC/HPS dengan rasio campuran berbeda pada 25 °C
Tabel 2-2 Indeks perilaku aliran (n) dan indeks konsistensi fluida (K) larutan HPS/HPMC dengan berbagai rasio campuran pada suhu 25 °
Gambar 2-4 menunjukkan pengaruh rasio peracikan pada ketergantungan laju geser viskositas larutan peracikan HPMC/HPS.Dapat dilihat dari gambar bahwa viskositas sistem senyawa dengan kandungan HPS rendah (HPS < 20%) tidak berubah secara substansial dengan peningkatan laju geser, terutama karena dalam sistem senyawa dengan kandungan HPS rendah, HPMC dalam keadaan larutan. pada suhu rendah adalah fase kontinyu;viskositas sistem senyawa dengan kandungan HPS tinggi secara bertahap menurun dengan meningkatnya laju geser, menunjukkan fenomena penipisan geser yang jelas, yang menunjukkan bahwa larutan senyawa adalah cairan pseudoplastik.Pada laju geser yang sama, viskositas larutan senyawa meningkat dengan meningkatnya kandungan HPS, terutama karena HPS berada dalam keadaan gel yang lebih kental pada suhu rendah.
Menggunakan hukum kekuatan Ostwald-de Waele (lihat rumus (2-1)) agar sesuai dengan kurva tegangan geser-laju geser (tidak ditampilkan dalam teks) dari sistem senyawa dengan rasio senyawa yang berbeda, eksponen aliran n dan koefisien viskositas K, hasil pemasangan ditunjukkan pada Tabel 2-2.Terlihat dari tabel bahwa 0,9869 < R2 < 0,9999 maka hasil fitting lebih baik.Indeks alir n sistem senyawa menurun secara bertahap dengan peningkatan kadar HPS, sedangkan koefisien viskositas K menunjukkan tren peningkatan bertahap dengan peningkatan kadar HPS, menunjukkan bahwa penambahan HPS membuat larutan senyawa lebih kental dan sulit mengalir. .Kecenderungan ini konsisten dengan hasil penelitian Zhang, tetapi untuk rasio peracikan yang sama, nilai n dari larutan campuran lebih tinggi dari hasil Zhang [305], terutama karena pra-pencukuran dilakukan dalam percobaan ini untuk menghilangkan efek tiksotropi. dihilangkan;hasil Zhang adalah hasil dari gabungan aksi thixotropy dan shear rate;pemisahan kedua metode ini akan dibahas secara rinci dalam Bab 5.
2.3.3.1 Pengaruh rasio peracikan terhadap viskositas geser nol sistem peracikan
Hubungan antara sifat reologi sistem senyawa polimer homogen dan sifat reologi komponen dalam sistem sesuai dengan aturan penjumlahan logaritmik.Untuk sistem gabungan dua komponen, hubungan antara sistem gabungan dan setiap komponen dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
Diantaranya, F adalah parameter sifat reologi dari sistem yang kompleks;
F1, F2 masing-masing adalah parameter reologi komponen 1 dan komponen 2;
∅1 dan ∅2 masing-masing adalah fraksi massa dari komponen 1 dan komponen 2, dan ∅1 ∅2 .
Oleh karena itu, viskositas geser nol dari sistem senyawa setelah peracikan dengan rasio peracikan yang berbeda dapat dihitung sesuai dengan prinsip penjumlahan logaritmik untuk menghitung nilai prediksi yang sesuai.Nilai percobaan dari larutan majemuk dengan rasio majemuk yang berbeda masih diekstrapolasi dengan pemasangan carren dari kurva laju geser viskositas.Nilai prediksi viskositas geser nol dari sistem senyawa HPMC/HPS dengan rasio senyawa yang berbeda dibandingkan dengan nilai eksperimen, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-5.
Bagian garis putus-putus pada gambar adalah nilai prediksi viskositas geser nol dari larutan senyawa yang diperoleh dengan aturan penjumlahan logaritmik, dan grafik garis putus-putus adalah nilai percobaan sistem senyawa dengan rasio peracikan yang berbeda.Dapat dilihat dari gambar bahwa nilai percobaan larutan senyawa menunjukkan deviasi positif-negatif tertentu relatif terhadap aturan peracikan, yang menunjukkan bahwa sistem senyawa tidak dapat mencapai kompatibilitas termodinamika, dan sistem senyawa adalah dispersi fase kontinu di suhu rendah Struktur "pulau laut" dari sistem dua fase;dan dengan pengurangan terus-menerus dari rasio peracikan HPMC/HPS, fase kontinyu dari sistem peracikan berubah setelah rasio peracikan adalah 4:6.Bab ini membahas penelitian secara rinci.
Dapat dilihat dengan jelas dari gambar bahwa ketika rasio senyawa HPMC/HPS besar, sistem senyawa memiliki deviasi negatif, yang mungkin karena HPS viskositas tinggi didistribusikan dalam keadaan fase terdispersi di tengah fase kontinu HPMC viskositas rendah. .Dengan bertambahnya kandungan HPS, terjadi deviasi positif pada sistem majemuk, menandakan bahwa transisi fasa kontinyu terjadi pada sistem majemuk saat ini.HPS dengan viskositas tinggi menjadi fase kontinyu dari sistem senyawa, sedangkan HPMC terdispersi dalam fase kontinyu HPS dalam keadaan yang lebih seragam.
2.3.3.2 Pengaruh rasio peracikan pada perilaku fluida sistem peracikan
Gambar 2-6 menunjukkan indeks aliran n dari sistem gabungan sebagai fungsi kandungan HPS.Karena indeks aliran n dipasang dari koordinat log-logaritmik, n di sini adalah penjumlahan linier.Dapat dilihat dari gambar bahwa dengan peningkatan kandungan HPS, indeks aliran n dari sistem senyawa secara bertahap menurun, menunjukkan bahwa HPS mengurangi sifat fluida Newtonian dari larutan senyawa dan meningkatkan perilaku fluida pseudoplastisnya.Bagian bawah adalah keadaan gel dengan viskositas lebih tinggi.Terlihat juga dari gambar bahwa hubungan antara indeks aliran sistem majemuk dan kandungan HPS sesuai dengan hubungan linier (R2 = 0,98062), hal ini menunjukkan bahwa sistem majemuk memiliki kompatibilitas yang baik.
2.3.3.3 Pengaruh rasio peracikan terhadap koefisien viskositas sistem peracikan
Gambar 2-7 menunjukkan koefisien viskositas K dari larutan gabungan sebagai fungsi kandungan HPS.Terlihat dari gambar bahwa nilai K HPMC murni sangat kecil, sedangkan nilai K HPS murni adalah yang terbesar, hal ini terkait dengan sifat gel HPMC dan HPS masing-masing dalam keadaan larutan dan gel pada suhu rendah.Ketika kandungan komponen dengan viskositas rendah tinggi, yaitu ketika kandungan HPS rendah, koefisien viskositas larutan senyawa mendekati komponen HPMC dengan viskositas rendah;sedangkan ketika kandungan komponen berviskositas tinggi tinggi, nilai K larutan senyawa meningkat seiring dengan peningkatan kandungan HPS yang meningkat secara signifikan, yang mengindikasikan bahwa HPS meningkatkan viskositas HPMC pada suhu rendah.Ini terutama mencerminkan kontribusi viskositas fase kontinyu terhadap viskositas sistem senyawa.Dalam kasus yang berbeda di mana komponen dengan viskositas rendah adalah fase kontinu dan komponen dengan viskositas tinggi adalah fase kontinu, kontribusi viskositas fase kontinu terhadap viskositas sistem senyawa jelas berbeda.Ketika HPMC dengan viskositas rendah adalah fase kontinyu, viskositas sistem senyawa terutama mencerminkan kontribusi viskositas fase kontinyu;dan ketika HPS dengan viskositas tinggi adalah fase kontinyu, HPMC sebagai fase terdispersi akan mengurangi viskositas HPS dengan viskositas tinggi.memengaruhi.
2.3.4 Tiksotropi
Thixotropy dapat digunakan untuk mengevaluasi stabilitas zat atau beberapa sistem, karena thixotropy dapat memperoleh informasi tentang struktur internal dan tingkat kerusakan akibat gaya geser [323-325].Thixotropy dapat dikorelasikan dengan efek temporal dan sejarah geser yang mengarah ke perubahan struktur mikro [324, 326].Metode tiksotropik tiga tahap digunakan untuk mempelajari pengaruh rasio peracikan yang berbeda pada sifat tiksotropik dari sistem peracikan.Seperti dapat dilihat dari Gambar 2-5, semua sampel menunjukkan derajat thixotropy yang berbeda.Pada laju geser rendah, viskositas larutan senyawa meningkat secara signifikan dengan peningkatan kandungan HPS, yang konsisten dengan perubahan viskositas geser nol dengan kandungan HPS.
Tingkat pemulihan struktural DSR dari sampel komposit pada waktu pemulihan yang berbeda dihitung dengan rumus (2-3), seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2-1.Jika DSR < 1, sampel memiliki ketahanan geser yang rendah, dan sampel bersifat thixotropic;sebaliknya, jika DSR > 1, sampel memiliki anti thixotropy.Dari tabel tersebut terlihat bahwa nilai DSR HPMC murni sangat tinggi, hampir 1, hal ini dikarenakan molekul HPMC merupakan rantai yang kaku, dan waktu relaksasinya singkat, serta struktur pulih dengan cepat di bawah gaya geser yang tinggi.Nilai DSR HPS relatif rendah, yang menegaskan sifat thixotropic yang kuat, terutama karena HPS adalah rantai yang fleksibel dan waktu relaksasi yang lama.Struktur tidak sepenuhnya pulih dalam kerangka waktu pengujian.
Untuk larutan majemuk, dalam waktu pemulihan yang sama, ketika kandungan HPMC lebih besar dari 70%, DSR menurun dengan cepat seiring bertambahnya kandungan HPS, karena rantai molekul HPS adalah rantai yang fleksibel, dan jumlah rantai molekul yang kaku dalam sistem senyawa meningkat dengan penambahan HPS.Jika dikurangi, waktu relaksasi segmen molekul keseluruhan dari sistem senyawa diperpanjang, dan thixotropy dari sistem senyawa tidak dapat dipulihkan dengan cepat di bawah aksi geser tinggi.Ketika kandungan HPMC kurang dari 70%, DSR meningkat dengan meningkatnya kandungan HPS, yang mengindikasikan adanya interaksi antara rantai molekul HPS dan HPMC dalam sistem senyawa, yang meningkatkan kekakuan molekul secara keseluruhan. segmen dalam sistem majemuk dan mempersingkat waktu relaksasi sistem majemuk berkurang, dan thixotropy berkurang.
Selain itu, nilai DSR dari sistem gabungan secara signifikan lebih rendah daripada HPMC murni, yang menunjukkan bahwa tiksotropi HPMC meningkat secara signifikan dengan peracikan.Nilai DSR sebagian besar sampel dalam sistem senyawa lebih besar daripada HPS murni, menunjukkan bahwa stabilitas HPS ditingkatkan sampai batas tertentu.
Dapat juga dilihat dari tabel bahwa pada waktu pemulihan yang berbeda, nilai DSR semuanya menunjukkan titik terendah ketika kandungan HPMC 70%, dan ketika kandungan pati lebih besar dari 60%, nilai DSR kompleks lebih tinggi dari yang dari HPS murni.Nilai DSR dalam waktu 10 detik dari semua sampel sangat dekat dengan nilai akhir DSR, yang menunjukkan bahwa struktur sistem komposit pada dasarnya menyelesaikan sebagian besar tugas pemulihan struktur dalam waktu 10 detik.Perlu dicatat bahwa sampel komposit dengan kandungan HPS tinggi menunjukkan kecenderungan peningkatan pada awalnya dan kemudian menurun dengan perpanjangan waktu pemulihan, yang menunjukkan bahwa sampel komposit juga menunjukkan tingkat thixotropy tertentu di bawah aksi geser rendah, dan struktur mereka lebih tidak stabil.
Analisis kualitatif thixotropy tiga tahap konsisten dengan hasil uji cincin thixotropic yang dilaporkan, tetapi hasil analisis kuantitatif tidak konsisten dengan hasil uji cincin thixotropic.Thixotropy dari sistem senyawa HPMC/HPS diukur dengan metode cincin thixotropic dengan peningkatan kandungan HPS [305].Degenerasi pertama menurun dan kemudian meningkat.Tes cincin thixotropic hanya dapat berspekulasi adanya fenomena thixotropic, tetapi tidak dapat memastikannya, karena cincin thixotropic adalah hasil dari aksi simultan waktu geser dan laju geser [325-327].
2.4 Ringkasan bab ini
Dalam bab ini, HPMC gel termal dan HPS gel dingin digunakan sebagai bahan baku utama untuk membangun sistem komposit dua fase gel dingin dan panas.Pengaruh sifat reologi seperti viskositas, pola aliran dan thixotropy.Menurut hubungan umum antara berbagai keadaan dan konsentrasi polimer dalam larutan, model keadaan molekul sistem senyawa HPMC / HPS dalam larutan suhu rendah diusulkan.Menurut prinsip penjumlahan logaritmik dari sifat-sifat berbagai komponen dalam sistem senyawa, kompatibilitas sistem senyawa dipelajari.Temuan utama adalah sebagai berikut:
- Sampel senyawa dengan konsentrasi yang berbeda semuanya menunjukkan tingkat penipisan geser tertentu, dan tingkat penipisan geser meningkat dengan peningkatan konsentrasi.
- Dengan peningkatan konsentrasi, indeks aliran sistem senyawa menurun, dan viskositas geser nol dan koefisien viskositas meningkat, menunjukkan bahwa perilaku sistem senyawa padat ditingkatkan.
- Ada konsentrasi kritis (8%) dalam sistem senyawa HPMC/HPS, di bawah konsentrasi kritis, rantai molekul HPMC dan daerah fase gel HPS dalam larutan senyawa dipisahkan satu sama lain dan ada secara mandiri;ketika konsentrasi kritis tercapai, dalam larutan senyawa Keadaan mikrogel terbentuk dengan fase HPS sebagai pusat gel, dan rantai molekul HPMC terjalin dan terhubung satu sama lain;di atas konsentrasi kritis, rantai makromolekul HPMC yang padat dan jalinannya dengan wilayah fase HPS lebih kompleks, dan interaksinya lebih kompleks.lebih intens, sehingga solusinya berperilaku seperti lelehan polimer.
- Rasio peracikan memiliki dampak yang signifikan terhadap sifat reologi larutan senyawa HPMC/HPS.Dengan meningkatnya kandungan HPS, fenomena penipisan geser dari sistem senyawa menjadi lebih jelas, indeks aliran secara bertahap menurun, dan viskositas geser nol dan koefisien viskositas secara bertahap meningkat.meningkat, menunjukkan bahwa perilaku kompleks seperti padat meningkat secara signifikan.
- Viskositas geser nol dari sistem senyawa menunjukkan deviasi positif-negatif tertentu relatif terhadap aturan penjumlahan logaritmik.Sistem gabungan adalah sistem dua fase dengan struktur "pulau laut" fase terdispersi fase kontinu pada suhu rendah, dan, karena rasio peracikan HPMC/HPS menurun setelah 4:6, fase kontinyu dari sistem peracikan berubah.
- Terdapat hubungan linier antara indeks alir dan rasio peracikan dari larutan peracikan dengan rasio peracikan yang berbeda, yang menunjukkan bahwa sistem peracikan memiliki kompatibilitas yang baik.
- Untuk sistem kompon HPMC/HPS, ketika komponen dengan viskositas rendah adalah fasa kontinyu dan komponen dengan viskositas tinggi adalah fasa kontinyu, kontribusi viskositas fasa kontinyu terhadap viskositas sistem kompon berbeda secara signifikan.Ketika HPMC dengan viskositas rendah adalah fase kontinu, viskositas sistem senyawa terutama mencerminkan kontribusi viskositas fase kontinu;sedangkan ketika HPS viskositas tinggi adalah fase kontinyu, HPMC sebagai fase dispersi akan mengurangi viskositas HPS viskositas tinggi.memengaruhi.
- Thixotropy tiga tahap digunakan untuk mempelajari pengaruh rasio peracikan pada thixotropy dari sistem gabungan.Tiksotropi dari sistem gabungan menunjukkan kecenderungan penurunan pertama dan kemudian meningkat dengan penurunan rasio peracikan HPMC/HPS.
- Hasil percobaan di atas menunjukkan bahwa melalui peracikan HPMC dan HPS, sifat reologi dari dua komponen, seperti viskositas, fenomena penipisan geser dan thixotropy, telah seimbang sampai batas tertentu.
Bab 3 Pembuatan dan Sifat Film Komposit Dapat Dimakan HPMC/HPS
Peracikan polimer adalah cara paling efektif untuk mencapai komplementaritas kinerja multi-komponen, mengembangkan bahan baru dengan kinerja luar biasa, mengurangi harga produk, dan memperluas jangkauan aplikasi bahan [240-242, 328].Kemudian, karena perbedaan struktur molekul tertentu dan entropi konformasi antara polimer yang berbeda, sebagian besar sistem peracikan polimer tidak kompatibel atau kompatibel sebagian [11, 12].Sifat mekanik dan sifat makroskopis lainnya dari sistem senyawa polimer terkait erat dengan sifat fisikokimia setiap komponen, rasio peracikan setiap komponen, kompatibilitas antar komponen, dan struktur mikroskopis internal dan faktor lainnya [240, 329].
Dari sudut pandang struktur kimia, HPMC dan HPS adalah curdlan hidrofilik, memiliki unit struktural yang sama - glukosa, dan dimodifikasi oleh gugus fungsi yang sama - gugus hidroksipropil, sehingga HPMC dan HPS harus memiliki fase yang baik.Kapasitansi.Namun, HPMC adalah gel yang diinduksi secara termal, yang berada dalam keadaan larutan dengan viskositas sangat rendah pada suhu rendah, dan membentuk koloid pada suhu tinggi;HPS adalah gel yang diinduksi dingin, yang merupakan gel suhu rendah dan berada dalam keadaan larutan pada suhu tinggi;kondisi dan perilaku gel benar-benar berlawanan.Penggabungan HPMC dan HPS tidak kondusif untuk pembentukan sistem homogen dengan kompatibilitas yang baik.Mempertimbangkan struktur kimia dan termodinamika, sangat penting secara teoretis dan nilai praktis untuk menggabungkan HPMC dengan HPS untuk membuat sistem senyawa gel dingin-panas.
Bab ini berfokus pada studi tentang sifat inheren komponen dalam sistem senyawa gel dingin dan panas HPMC/HPS, rasio peracikan dan kelembaban relatif lingkungan pada morfologi mikroskopis, kompatibilitas dan pemisahan fasa, sifat mekanik, sifat optik , dan sifat jatuh termal dari sistem senyawa.Dan pengaruh sifat makroskopis seperti sifat penghalang oksigen.
3.1 Bahan dan Peralatan
3.1.1 Bahan percobaan utama
3.1.2 Instrumen dan peralatan utama
3.2 Metode Eksperimen
3.2.1 Pembuatan film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan
Serbuk kering 15% (b/b) HPMC dan HPS dicampur dengan 3% (b/b) Plasticizer polietilen glikol diperparah dalam air deionisasi untuk mendapatkan cairan pembentuk film majemuk, dan film komposit yang dapat dimakan dari HPMC/ HPS dibuat dengan metode pengecoran.
Metode persiapan: pertama-tama timbang bubuk kering HPMC dan HPS, dan campurkan sesuai dengan rasio yang berbeda;kemudian tambahkan ke dalam air 70 °C, dan aduk cepat pada 120 rpm/menit selama 30 menit untuk membubarkan HPMC sepenuhnya;kemudian panaskan larutan hingga di atas 95 °C, aduk cepat dengan kecepatan yang sama selama 1 jam untuk membuat HPS menjadi gelatin seluruhnya;setelah gelatinisasi selesai, suhu larutan diturunkan dengan cepat menjadi 70 °C, dan larutan diaduk dengan kecepatan lambat 80 rpm/menit selama 40 menit.Larutkan HPMC sepenuhnya.Tuangkan 20 g larutan campuran pembentuk film ke dalam cawan petri polystyrene dengan diameter 15 cm, ratakan, dan keringkan pada suhu 37 °C.Film kering dikupas dari cakram untuk mendapatkan membran komposit yang dapat dimakan.
Semua film yang dapat dimakan diseimbangkan pada kelembaban 57% selama lebih dari 3 hari sebelum pengujian, dan bagian film yang dapat dimakan yang digunakan untuk pengujian sifat mekanik diseimbangkan pada kelembaban 75% selama lebih dari 3 hari.
3.2.2 Mikromorfologi lapisan film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan
3.2.2.1 Prinsip analisis pemindaian mikroskop elektron
Pistol elektron di bagian atas Scanning Electron Microscopy (SEM) dapat memancarkan elektron dalam jumlah besar.Setelah direduksi dan difokuskan, ia dapat membentuk berkas elektron dengan energi dan intensitas tertentu.Didorong oleh medan magnet koil pemindai, menurut urutan waktu dan ruang tertentu Pindai permukaan titik sampel demi titik.Karena perbedaan karakteristik area mikro permukaan, interaksi antara sampel dan berkas elektron akan menghasilkan sinyal elektron sekunder dengan intensitas berbeda, yang dikumpulkan oleh detektor dan diubah menjadi sinyal listrik, yang diperkuat oleh video. dan input ke Grid tabung gambar, setelah menyesuaikan kecerahan tabung gambar, gambar elektron sekunder dapat diperoleh yang dapat mencerminkan morfologi dan karakteristik wilayah mikro pada permukaan sampel.Dibandingkan dengan mikroskop optik tradisional, resolusi SEM relatif tinggi, sekitar 3nm-6nm dari lapisan permukaan sampel, yang lebih cocok untuk pengamatan fitur struktur mikro pada permukaan bahan.
3.2.2.2 Metode pengujian
Film yang dapat dimakan ditempatkan dalam desikator untuk dikeringkan, dan film yang dapat dimakan dengan ukuran yang sesuai dipilih, ditempelkan pada tahap sampel khusus SEM dengan perekat konduktif, dan kemudian dilapisi emas dengan pelapis vakum.Selama pengujian, sampel dimasukkan ke dalam SEM, dan morfologi mikroskopis sampel diamati dan difoto pada perbesaran 300 kali dan 1000 kali di bawah tegangan percepatan berkas elektron 5 kV.
3.2.3 Transmisi cahaya dari film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan
3.2.3.1 Prinsip analisis spektrofotometri UV-Vis
Spektrofotometer UV-Vis dapat memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 200~800nm dan menyinari objek.Beberapa panjang gelombang cahaya tertentu dalam cahaya datang diserap oleh materi, dan terjadi transisi tingkat energi vibrasi molekuler dan transisi tingkat energi elektronik.Karena setiap zat memiliki struktur ruang molekul, atom, dan molekul yang berbeda, setiap zat memiliki spektrum serapan spesifiknya sendiri, dan kandungan zat tersebut dapat ditentukan atau ditentukan sesuai dengan tingkat absorbansi pada beberapa panjang gelombang tertentu pada spektrum serapan.Oleh karena itu, analisis spektrofotometri UV-Vis merupakan salah satu cara yang efektif untuk mempelajari komposisi, struktur, dan interaksi zat.
Ketika seberkas cahaya mengenai suatu objek, sebagian dari cahaya datang diserap oleh objek, dan bagian lain dari cahaya datang diteruskan melalui objek;rasio intensitas cahaya yang ditransmisikan dengan intensitas cahaya datang adalah transmitansi.
Rumus hubungan antara absorbansi dan transmitansi adalah:
Diantaranya, A adalah absorbansi;
T adalah transmitansi, %.
Absorbansi akhir dikoreksi secara seragam dengan absorbansi × 0,25 mm/ketebalan.
3.2.3.2 Metode pengujian
Siapkan larutan HPMC dan HPS 5%, campur dengan perbandingan yang berbeda, tuangkan 10 g larutan pembentuk film ke dalam cawan petri polistiren dengan diameter 15 cm, dan keringkan pada suhu 37 °C untuk membentuk film.Potong film yang dapat dimakan menjadi strip persegi panjang 1mm × 3mm, masukkan ke dalam kuvet, dan dekatkan film yang dapat dimakan ke dinding bagian dalam kuvet.Spektrofotometer WFZ UV-3802 UV-vis digunakan untuk memindai sampel pada panjang gelombang penuh 200-800 nm, dan setiap sampel diuji 5 kali.
3.2.4 Sifat termomekanis dinamis dari film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan
3.2.4.1 Prinsip analisis termomekanis dinamis
Analisis Termomekanik Dinamis (DMA) adalah instrumen yang dapat mengukur hubungan antara massa dan suhu sampel di bawah beban kejut tertentu dan suhu terprogram, dan dapat menguji sifat mekanik sampel di bawah pengaruh tegangan dan waktu bolak-balik berkala, suhu dan suhu.hubungan frekuensi.
Polimer molekul tinggi memiliki sifat viskoelastik, yang dapat menyimpan energi mekanik seperti elastomer di satu sisi, dan mengkonsumsi energi seperti lendir di sisi lain.Ketika gaya bolak-balik periodik diterapkan, bagian elastis mengubah energi menjadi energi potensial dan menyimpannya;sedangkan bagian kental mengubah energi menjadi energi panas dan kehilangannya.Bahan polimer umumnya menunjukkan dua keadaan kaca suhu rendah dan keadaan karet suhu tinggi, dan suhu transisi antara dua keadaan adalah suhu transisi kaca.Temperatur transisi kaca secara langsung mempengaruhi struktur dan sifat material, dan merupakan salah satu temperatur karakteristik polimer yang paling penting.
Dengan menganalisis sifat termomekanis dinamis dari polimer, viskoelastisitas polimer dapat diamati, dan parameter penting yang menentukan kinerja polimer dapat diperoleh, sehingga dapat diterapkan dengan lebih baik pada lingkungan penggunaan yang sebenarnya.Selain itu, analisis termomekanik dinamis sangat sensitif terhadap transisi gelas, pemisahan fasa, ikatan silang, kristalisasi dan gerakan molekul pada semua tingkat segmen molekul, dan dapat memperoleh banyak informasi tentang struktur dan sifat polimer.Ini sering digunakan untuk mempelajari molekul polimer.perilaku gerakan.Dengan menggunakan mode sapuan suhu DMA, terjadinya transisi fasa seperti transisi kaca dapat diuji.Dibandingkan dengan DSC, DMA memiliki sensitivitas yang lebih tinggi dan lebih cocok untuk analisis material yang mensimulasikan penggunaan sebenarnya.
3.2.4.2 Metode pengujian
Pilih sampel yang bersih, seragam, datar dan tidak rusak, dan potong menjadi strip persegi panjang 10mm×20mm.Sampel diuji dalam mode tarik menggunakan penganalisis termomekanis dinamis Pydris Diamond dari PerkinElmer, AS.Rentang suhu uji adalah 25~150 °C, laju pemanasan 2 °C/menit, frekuensi 1 Hz, dan pengujian diulang dua kali untuk setiap sampel.Selama percobaan, modulus penyimpanan (E') dan modulus kerugian (E”) dari sampel dicatat, dan rasio modulus kerugian terhadap modulus penyimpanan, yaitu sudut singgung tan δ, juga dapat dihitung.
3.2.5 Stabilitas termal film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan
3.2.5.1 Prinsip analisis termogravimetri
Thermal Gravimetric Analyzer (TGA) dapat mengukur perubahan massa sampel dengan suhu atau waktu pada suhu yang diprogram, dan dapat digunakan untuk mempelajari kemungkinan penguapan, peleburan, sublimasi, dehidrasi, dekomposisi dan oksidasi zat selama proses pemanasan .dan fenomena fisika dan kimia lainnya.Kurva hubungan antara massa materi dan suhu (atau waktu) yang diperoleh langsung setelah sampel diuji disebut termogravimetri (kurva TGA).penurunan berat badan dan informasi lainnya.Kurva Termogravimetri Derivatif (kurva DTG) dapat diperoleh setelah derivasi orde pertama dari kurva TGA, yang mencerminkan perubahan laju penurunan berat sampel yang diuji dengan suhu atau waktu, dan titik puncak adalah titik maksimum konstanta kecepatan.
3.2.5.2 Metode pengujian
Pilih film yang dapat dimakan dengan ketebalan yang seragam, potong menjadi lingkaran dengan diameter yang sama dengan cakram uji penganalisa termogravimetri, lalu letakkan mendatar di atas cakram uji, dan uji dalam atmosfer nitrogen dengan laju alir 20 mL/menit .Kisaran suhu 30–700 °C, laju pemanasan 10 °C/menit, dan setiap sampel diuji dua kali.
3.2.6.1 Prinsip analisis sifat tarik
3.2.6 Sifat tarik film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan
Penguji properti mekanis dapat menerapkan beban tarik statis ke spline di sepanjang sumbu longitudinal di bawah kondisi suhu, kelembaban, dan kecepatan tertentu hingga spline rusak.Selama pengujian, beban yang diterapkan pada spline dan jumlah deformasinya dicatat oleh penguji sifat mekanik, dan kurva tegangan-regangan selama deformasi tarik spline digambar.Dari kurva tegangan-regangan, kekuatan tarik (ζt), perpanjangan putus (εb) dan modulus elastisitas (E) dapat dihitung untuk mengevaluasi sifat tarik film.
Hubungan tegangan-regangan bahan secara umum dapat dibagi menjadi dua bagian: daerah deformasi elastis dan daerah deformasi plastis.Di zona deformasi elastis, tegangan dan regangan material memiliki hubungan linier, dan deformasi saat ini dapat dipulihkan sepenuhnya, yang sejalan dengan hukum Cook;pada zona deformasi plastis, tegangan dan regangan material tidak lagi linier, dan deformasi yang terjadi saat ini bersifat ireversibel, akhirnya material pecah.
Rumus perhitungan kekuatan tarik:
Dimana: adalah kekuatan tarik, MPa;
p adalah beban maksimum atau beban putus, N;
b adalah lebar sampel, mm;
d adalah ketebalan sampel, mm.
Rumus untuk menghitung perpanjangan putus:
Di mana: εb adalah perpanjangan putus, %;
L adalah jarak antara garis penandaan saat sampel putus, mm;
L0 adalah panjang pengukur asli sampel, mm.
Rumus perhitungan modulus elastisitas:
Diantaranya: E adalah modulus elastisitas, MPa;
ζ adalah tegangan, MPa;
ε adalah regangan.
3.2.6.2 Metode pengujian
Pilih sampel yang bersih, seragam, rata, dan tidak rusak, rujuk ke standar nasional GB13022-91, dan potong menjadi splines berbentuk halter dengan panjang total 120mm, jarak awal antara perlengkapan 86mm, jarak antara tanda 40mm, dan lebar 10mm.Spline ditempatkan pada kelembapan 75% dan 57% (dalam atmosfer larutan natrium klorida dan natrium bromida jenuh), dan diseimbangkan selama lebih dari 3 hari sebelum pengukuran.Dalam percobaan ini, penguji properti mekanis ASTM D638, 5566 dari Instron Corporation Amerika Serikat dan penjepit pneumatik 2712-003 digunakan untuk pengujian.Kecepatan tarik adalah 10 mm/menit, dan sampel diulang 7 kali, dan nilai rata-rata dihitung.
3.2.7 Permeabilitas oksigen dari film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan
3.2.7.1 Prinsip analisis permeabilitas oksigen
Setelah sampel uji dipasang, rongga uji dibagi menjadi dua bagian, A dan B;aliran oksigen dengan kemurnian tinggi dengan laju aliran tertentu dilewatkan ke rongga A, dan aliran nitrogen dengan laju aliran tertentu dilewatkan ke rongga B;selama proses pengujian, rongga A Oksigen meresap melalui sampel ke dalam rongga B, dan oksigen yang disusupi ke dalam rongga B dibawa oleh aliran nitrogen dan meninggalkan rongga B untuk mencapai sensor oksigen.Sensor oksigen mengukur kandungan oksigen dalam aliran nitrogen dan mengeluarkan sinyal listrik yang sesuai, sehingga menghitung oksigen sampel.transmisi.
3.2.7.2 Metode pengujian
Pilih film komposit yang dapat dimakan yang tidak rusak, potong menjadi sampel berbentuk berlian berukuran 10,16 x 10,16 cm, lapisi permukaan tepi klem dengan minyak vakum, dan jepit sampel ke blok uji.Diuji menurut ASTM D-3985, setiap sampel memiliki luas uji 50 cm2.
3.3 Hasil dan Pembahasan
3.3.1 Analisis mikrostruktur film komposit yang dapat dimakan
Interaksi antara komponen cairan pembentuk film dan kondisi pengeringan menentukan struktur akhir film dan secara serius mempengaruhi berbagai sifat fisik dan kimia film [330, 331].Sifat gel yang melekat dan rasio peracikan masing-masing komponen dapat mempengaruhi morfologi senyawa, yang selanjutnya mempengaruhi struktur permukaan dan sifat akhir membran [301, 332].Oleh karena itu, analisis struktur mikro dari film dapat memberikan informasi yang relevan tentang penataan ulang molekuler dari setiap komponen, yang pada gilirannya dapat membantu kita lebih memahami sifat penghalang, sifat mekanik, dan sifat optik dari film.
Mikrograf mikroskop elektron pemindaian permukaan dari film yang dapat dimakan HPS / HPMC dengan rasio yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 3-1.Seperti yang dapat dilihat dari Gambar 3-1, beberapa sampel menunjukkan retakan mikro pada permukaannya, yang mungkin disebabkan oleh berkurangnya kadar air dalam sampel selama pengujian, atau oleh serangan berkas elektron di dalam rongga mikroskop [122 , 139].Pada gambar, membran HPS murni dan HPMC murni.Membran menunjukkan permukaan mikroskopis yang relatif halus, dan struktur mikro membran HPS murni lebih homogen dan lebih halus daripada membran HPMC murni, yang mungkin terutama disebabkan oleh makromolekul pati (molekul amilosa dan molekul amilopektin) selama proses pendinginan.) mencapai penataan ulang molekul yang lebih baik. dalam larutan air.Banyak penelitian telah menunjukkan bahwa sistem amilosa-amilopektin-air dalam proses pendinginan
Mungkin ada mekanisme kompetitif antara pembentukan gel dan pemisahan fasa.Jika laju pemisahan fasa lebih rendah dari laju pembentukan gel, maka pemisahan fasa tidak akan terjadi dalam sistem, sebaliknya pemisahan fasa akan terjadi dalam sistem [333, 334].Terlebih lagi, ketika kandungan amilosa melebihi 25%, gelatinisasi amilosa dan struktur jaringan amilosa yang kontinyu dapat secara signifikan menghambat munculnya pemisahan fasa [334].Kandungan amilosa HPS yang digunakan dalam makalah ini adalah 80%, jauh lebih tinggi dari 25%, sehingga lebih baik menggambarkan fenomena bahwa membran HPS murni lebih homogen dan lebih halus daripada membran HPMC murni.
Dapat dilihat dari perbandingan gambar bahwa permukaan semua film komposit relatif kasar, dan beberapa tonjolan tidak beraturan tersebar, menunjukkan bahwa ada tingkat ketidaktercampuran antara HPMC dan HPS.Selain itu, membran komposit dengan kandungan HPMC yang tinggi menunjukkan struktur yang lebih homogen dibandingkan dengan kandungan HPS yang tinggi.Kondensasi berbasis HPS pada suhu pembentukan film 37 °C
Berdasarkan sifat gel, HPS menghadirkan keadaan gel kental;sementara berdasarkan sifat gel termal HPMC, HPMC menghadirkan keadaan larutan seperti air.Dalam membran komposit dengan kandungan HPS tinggi (7:3 HPS/HPMC), HPS kental adalah fase kontinyu, dan HPMC seperti air terdispersi dalam fase kontinyu HPS viskositas tinggi sebagai fase terdispersi, yang tidak kondusif. ke distribusi yang seragam dari fase terdispersi;Dalam film komposit dengan kandungan HPMC tinggi (3:7 HPS/HPMC), HPMC berviskositas rendah berubah menjadi fase kontinyu, dan HPS kental terdispersi dalam fase HPMC berviskositas rendah sebagai fase terdispersi, yang kondusif untuk pembentukan fase homogen.sistem majemuk.
Dapat dilihat dari gambar bahwa meskipun semua film komposit menunjukkan struktur permukaan yang kasar dan tidak homogen, tidak ditemukan antarmuka fasa yang jelas, menunjukkan bahwa HPMC dan HPS memiliki kompatibilitas yang baik.Film komposit HPMC/pati tanpa plasticizer seperti PEG menunjukkan pemisahan fasa yang jelas [301], sehingga menunjukkan bahwa modifikasi hidroksipropil dari pati dan plasticizer PEG dapat meningkatkan kompatibilitas sistem komposit.
3.3.2 Analisis sifat optik film komposit yang dapat dimakan
Sifat transmisi cahaya dari film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan dengan rasio yang berbeda diuji dengan spektrofotometer UV-vis, dan spektrum UV ditunjukkan pada Gambar 3-2.Semakin besar nilai transmisi cahaya, semakin seragam dan transparan film tersebut;sebaliknya, semakin kecil nilai transmisi cahaya, film tersebut semakin tidak rata dan buram.Dapat dilihat dari Gambar 3-2(a) bahwa semua film komposit menunjukkan tren yang sama dengan peningkatan panjang gelombang pemindaian dalam rentang pemindaian panjang gelombang penuh, dan transmisi cahaya meningkat secara bertahap dengan peningkatan panjang gelombang.Pada 350nm, kurva cenderung mendatar.
Pilih transmisi pada panjang gelombang 500nm untuk perbandingan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3-2(b), transmisi film HPS murni lebih rendah daripada film HPMC murni, dan dengan peningkatan konten HPMC, transmisi menurun lebih dulu, dan kemudian meningkat setelah mencapai nilai minimum.Ketika konten HPMC meningkat menjadi 70%, transmisi cahaya film komposit lebih besar daripada HPS murni.Diketahui dengan baik bahwa sistem yang homogen akan menunjukkan transmisi cahaya yang lebih baik, dan nilai transmisi UV-measured umumnya lebih tinggi;bahan yang tidak homogen umumnya lebih buram dan memiliki nilai transmisi UV yang lebih rendah.Nilai transmisi dari film komposit (7:3, 5:5) lebih rendah daripada film HPS dan HPMC murni, menunjukkan bahwa ada tingkat pemisahan fasa tertentu antara dua komponen HPS dan HPMC.
Gambar 3-2 Spektra UV pada semua panjang gelombang (a), dan pada 500 nm (b), untuk film campuran HPS/HPMC.Bilah mewakili rata-rata ± standar deviasi.ac: huruf yang berbeda berbeda secara signifikan dengan berbagai rasio campuran (p <0,05), diterapkan dalam disertasi lengkap
3.3.3 Analisis termomekanis dinamis dari film komposit yang dapat dimakan
Gambar 3-3 menunjukkan sifat termomekanis dinamis dari edible film HPMC/HPS dengan formulasi yang berbeda.Dapat dilihat dari Gambar 3-3(a) bahwa modulus penyimpanan (E') menurun dengan meningkatnya kandungan HPMC.Selain itu, modulus penyimpanan semua sampel menurun secara bertahap dengan meningkatnya suhu, kecuali bahwa modulus penyimpanan film HPS murni (10:0) sedikit meningkat setelah suhu dinaikkan menjadi 70 °C.Pada suhu tinggi, untuk film komposit dengan kandungan HPMC tinggi, modulus penyimpanan film komposit memiliki kecenderungan penurunan yang jelas dengan kenaikan suhu;sedangkan untuk sampel dengan kandungan HPS tinggi, modulus penyimpanan hanya sedikit menurun dengan kenaikan suhu.
Gambar 3-3 Storage modulus (E′) (a) dan loss tangent (tan δ) (b) film campuran HPS/HPMC
Dapat dilihat dari Gambar 3-3(b) bahwa sampel dengan kandungan HPMC lebih tinggi dari 30% (5:5, 3:7, 0:10) semuanya menunjukkan puncak transisi gelas, dan dengan peningkatan kandungan HPMC, transisi gelas suhu transisi bergeser ke suhu tinggi, menunjukkan bahwa fleksibilitas rantai polimer HPMC menurun.Di sisi lain, membran HPS murni menunjukkan puncak selubung besar sekitar 67 °C, sedangkan membran komposit dengan kandungan HPS 70% tidak memiliki transisi kaca yang jelas.Ini mungkin karena ada tingkat interaksi tertentu antara HPMC dan HPS, sehingga membatasi pergerakan segmen molekul HPMC dan HPS.
3.3.4 Analisis stabilitas termal film komposit yang dapat dimakan
Gambar 3-4 Kurva TGA (a) dan kurva turunannya (DTG) (b) dari film campuran HPS/HPMC
Stabilitas termal film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan diuji dengan penganalisa termogravimetri.Gambar 3-4 menunjukkan kurva termogravimetri (TGA) dan kurva laju penurunan berat (DTG) dari film komposit.Dari kurva TGA pada Gambar 3-4(a), dapat dilihat bahwa sampel membran komposit dengan rasio yang berbeda menunjukkan dua tahap perubahan termogravimetri yang jelas dengan peningkatan suhu.Penguapan air yang diserap oleh makromolekul polisakarida menghasilkan fase kecil penurunan berat pada 30-180 °C sebelum degradasi termal yang sebenarnya terjadi.Selanjutnya, ada fase penurunan berat yang lebih besar pada 300~450 °C, di sini fase degradasi termal dari HPMC dan HPS.
Dari kurva DTG pada Gambar 3-4(b), terlihat bahwa suhu puncak degradasi termal HPS murni dan HPMC murni masing-masing adalah 338 °C dan 400 °C, dan suhu puncak degradasi termal HPMC murni adalah lebih tinggi dari HPS, menunjukkan bahwa stabilitas termal HPMC lebih baik dari HPS.Ketika kandungan HPMC adalah 30% (7:3), satu puncak muncul pada 347 °C, yang sesuai dengan puncak karakteristik HPS, tetapi suhunya lebih tinggi daripada puncak degradasi termal HPS;ketika kandungan HPMC adalah 70% (3:7), hanya puncak karakteristik HPMC yang muncul pada 400 °C;ketika kandungan HPMC adalah 50%, dua puncak degradasi termal muncul pada kurva DTG, masing-masing 345 °C dan 396 °C.Puncak tersebut masing-masing sesuai dengan puncak karakteristik HPS dan HPMC, tetapi puncak degradasi termal yang sesuai dengan HPS lebih kecil, dan kedua puncak tersebut memiliki pergeseran tertentu.Dapat dilihat bahwa sebagian besar membran komposit hanya menunjukkan puncak tunggal karakteristik yang sesuai dengan komponen tertentu, dan mereka diimbangi dibandingkan dengan membran komponen murni, yang menunjukkan bahwa ada perbedaan tertentu antara komponen HPMC dan HPS.tingkat kompatibilitas.Suhu puncak degradasi termal membran komposit lebih tinggi daripada HPS murni, menunjukkan bahwa HPMC dapat meningkatkan stabilitas termal membran HPS sampai batas tertentu.
3.3.5 Analisis sifat mekanik film komposit yang dapat dimakan
Sifat tarik film komposit HPMC/HPS dengan rasio yang berbeda diukur dengan penganalisa sifat mekanik pada suhu 25 °C, kelembaban relatif 57% dan 75%.Gambar 3-5 menunjukkan modulus elastisitas (a), perpanjangan putus (b) dan kekuatan tarik (c) dari film komposit HPMC/HPS dengan rasio yang berbeda pada kelembaban relatif yang berbeda.Dapat dilihat dari gambar bahwa pada kelembaban relatif 57%, modulus elastisitas dan kekuatan tarik film HPS murni adalah yang terbesar, dan HPMC murni adalah yang terkecil.Dengan meningkatnya kandungan HPS, modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit terus meningkat.Perpanjangan putus membran HPMC murni jauh lebih besar daripada membran HPS murni, dan keduanya lebih besar daripada membran komposit.
Ketika kelembaban relatif lebih tinggi (75%) dibandingkan dengan kelembaban relatif 57%, modulus elastisitas dan kekuatan tarik semua sampel menurun, sedangkan perpanjangan putus meningkat secara signifikan.Ini terutama karena air, sebagai plasticizer umum, dapat mengencerkan matriks HPMC dan HPS, mengurangi gaya antar rantai polimer, dan meningkatkan mobilitas segmen polimer.Pada kelembaban relatif tinggi, modulus elastisitas dan kekuatan tarik film HPMC murni lebih tinggi daripada film HPS murni, tetapi perpanjangan saat putus lebih rendah, hasil yang sama sekali berbeda dari hasil pada kelembaban rendah.Perlu dicatat bahwa variasi sifat mekanik film komposit dengan rasio komponen pada kelembaban tinggi 75% benar-benar berlawanan dengan kelembaban rendah dibandingkan dengan kasus pada kelembaban relatif 57%.Di bawah kelembapan tinggi, kadar air film meningkat, dan air tidak hanya memiliki efek plastisisasi tertentu pada matriks polimer, tetapi juga mendorong rekristalisasi pati.Dibandingkan dengan HPMC, HPS memiliki kecenderungan yang lebih kuat untuk mengkristal ulang, sehingga efek kelembaban relatif pada HPS jauh lebih besar daripada HPMC.
Gambar 3-5 Sifat tarik film HPS/HPMC dengan rasio HPS/HPMC berbeda diseimbangkan di bawah kondisi kerendahan hati relatif (RH) yang berbeda.*: perbedaan huruf angka berbeda nyata dengan berbagai RH, diterapkan dalam disertasi penuh
3.3.6 Analisis Permeabilitas Oksigen Film Komposit Edible
Film komposit yang dapat dimakan digunakan sebagai bahan kemasan makanan untuk memperpanjang umur simpan makanan, dan kinerja penghalang oksigennya merupakan salah satu indikator penting.Oleh karena itu, laju transmisi oksigen dari edible film dengan rasio HPMC/HPS yang berbeda diukur pada suhu 23 °C, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 3-6.Dapat dilihat dari gambar bahwa permeabilitas oksigen membran HPS murni secara signifikan lebih rendah daripada membran HPMC murni, yang menunjukkan bahwa membran HPS memiliki sifat penghalang oksigen yang lebih baik daripada membran HPMC.Karena viskositas rendah dan adanya daerah amorf, HPMC mudah untuk membentuk struktur jaringan kerapatan rendah yang relatif longgar dalam film;dibandingkan dengan HPS, ia memiliki kecenderungan lebih tinggi untuk mengkristal ulang, dan mudah untuk membentuk struktur yang padat pada film.Banyak penelitian telah menunjukkan bahwa film pati memiliki sifat penghalang oksigen yang baik dibandingkan dengan polimer lainnya [139, 301, 335, 336].
Gambar 3-6 Permeabilitas oksigen film campuran HPS/HPMC
Penambahan HPS dapat secara signifikan mengurangi permeabilitas oksigen membran HPMC, dan permeabilitas oksigen membran komposit menurun tajam dengan meningkatnya kandungan HPS.Penambahan HPS yang kedap oksigen dapat meningkatkan tortuositas saluran oksigen dalam membran komposit, yang pada gilirannya menyebabkan penurunan laju permeasi oksigen dan pada akhirnya menurunkan permeabilitas oksigen.Hasil serupa telah dilaporkan untuk pati asli lainnya [139.301].
3.4 Ringkasan bab ini
Dalam bab ini, menggunakan HPMC dan HPS sebagai bahan baku utama, dan menambahkan polietilen glikol sebagai plasticizer, film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan dengan rasio berbeda dibuat dengan metode pengecoran.Pengaruh sifat inheren komponen dan rasio peracikan pada morfologi mikroskopis membran komposit dipelajari dengan pemindaian mikroskop elektron;sifat mekanik membran komposit dipelajari oleh alat uji sifat mekanik.Pengaruh sifat inheren komponen dan rasio peracikan terhadap sifat penghalang oksigen dan transmisi cahaya film komposit dipelajari dengan alat uji transmisi oksigen dan spektrofotometer UV-vis.Pemindaian mikroskop elektron, analisis termogravimetri dan analisis termal dinamis digunakan.Analisis mekanis dan metode analisis lainnya digunakan untuk mempelajari kompatibilitas dan pemisahan fasa dari sistem senyawa gel dingin-panas.Temuan utama adalah sebagai berikut:
- Dibandingkan dengan HPMC murni, HPS murni lebih mudah membentuk morfologi permukaan mikroskopis yang homogen dan halus.Hal ini terutama disebabkan penataan ulang molekul makromolekul pati (molekul amilosa dan molekul amilopektin) yang lebih baik dalam larutan air pati selama proses pendinginan.
- Senyawa dengan kandungan HPMC tinggi lebih cenderung membentuk struktur membran yang homogen.Ini terutama didasarkan pada sifat gel HPMC dan HPS.Pada suhu pembentuk film, HPMC dan HPS masing-masing menunjukkan keadaan larutan dengan viskositas rendah dan keadaan gel dengan viskositas tinggi.Fase terdispersi dengan viskositas tinggi didispersikan dalam fase kontinyu dengan viskositas rendah., lebih mudah untuk membentuk sistem yang homogen.
- Kelembaban relatif memiliki pengaruh yang signifikan terhadap sifat mekanik film komposit HPMC/HPS, dan tingkat pengaruhnya meningkat dengan meningkatnya kandungan HPS.Pada kelembaban relatif yang lebih rendah, baik modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit meningkat dengan meningkatnya kandungan HPS, dan pemanjangan putus film komposit secara signifikan lebih rendah daripada film komponen murni.Dengan peningkatan kelembaban relatif, modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit menurun, dan perpanjangan putus meningkat secara signifikan, dan hubungan antara sifat mekanik film komposit dan rasio peracikan menunjukkan pola perubahan yang sepenuhnya berlawanan di bawah kondisi yang berbeda. kelembaban relatif.Sifat mekanik dari membran komposit dengan rasio peracikan yang berbeda menunjukkan perpotongan pada kondisi kelembaban relatif yang berbeda, yang memberikan kemungkinan untuk mengoptimalkan kinerja produk sesuai dengan kebutuhan aplikasi yang berbeda.
- Penambahan HPS secara signifikan meningkatkan sifat penghalang oksigen dari membran komposit.Permeabilitas oksigen membran komposit menurun tajam dengan peningkatan kandungan HPS.
- Dalam sistem kompon gel dingin dan panas HPMC/HPS, ada kompatibilitas tertentu antara kedua komponen.Tidak ada antarmuka dua fase yang ditemukan dalam gambar SEM dari semua film komposit, sebagian besar film komposit hanya memiliki satu titik transisi kaca dalam hasil DMA, dan hanya satu puncak degradasi termal yang muncul di kurva DTG dari sebagian besar komposit. film.Ini menunjukkan bahwa ada deskripsi tertentu antara HPMC dan HPS.
Hasil percobaan di atas menunjukkan bahwa penggabungan HPS dan HPMC tidak hanya dapat mengurangi biaya produksi edible film HPMC, tetapi juga meningkatkan kinerjanya.Sifat mekanik, sifat penghalang oksigen dan sifat optik dari film komposit yang dapat dimakan dapat dicapai dengan menyesuaikan rasio peracikan dari dua komponen dan kelembaban relatif lingkungan luar.
Bab 4 Hubungan antara Mikromorfologi dan Sifat Mekanik Sistem Senyawa HPMC/HPS
Dibandingkan dengan entropi pencampuran yang lebih tinggi selama pencampuran paduan logam, entropi pencampuran selama peracikan polimer biasanya sangat kecil, dan panas peracikan selama peracikan biasanya positif, menghasilkan proses peracikan polimer.Perubahan energi bebas Gibbs adalah positif (���>), oleh karena itu, formulasi polimer cenderung membentuk sistem dua fase yang dipisahkan fase, dan formulasi polimer yang sepenuhnya kompatibel sangat jarang [242].
Sistem senyawa yang dapat larut biasanya dapat mencapai ketercampuran tingkat molekuler dalam termodinamika dan membentuk senyawa homogen, sehingga sebagian besar sistem senyawa polimer tidak dapat bercampur.Namun, banyak sistem senyawa polimer dapat mencapai keadaan kompatibel dalam kondisi tertentu dan menjadi sistem senyawa dengan kompatibilitas tertentu [257].
Sifat makroskopis seperti sifat mekanik sistem komposit polimer sangat bergantung pada interaksi dan morfologi fasa komponennya, terutama kompatibilitas antara komponen dan komposisi fasa kontinyu dan terdispersi [301].Oleh karena itu, sangat penting untuk mempelajari morfologi mikroskopis dan sifat makroskopis dari sistem komposit dan membangun hubungan di antara keduanya, yang sangat penting untuk mengontrol sifat material komposit dengan mengontrol struktur fasa dan kompatibilitas sistem komposit.
Dalam proses mempelajari morfologi dan diagram fase dari sistem yang kompleks, sangat penting untuk memilih cara yang tepat untuk membedakan komponen yang berbeda.Namun perbedaan antara HPMC dan HPS cukup sulit, karena keduanya memiliki transparansi yang baik dan indeks bias yang mirip, sehingga sulit untuk membedakan kedua komponen tersebut dengan mikroskop optik;selain itu, karena keduanya merupakan bahan berbasis karbon organik, sehingga keduanya memiliki penyerapan energi yang mirip, sehingga sulit juga untuk memindai mikroskop elektron untuk membedakan pasangan komponen secara akurat.Spektroskopi inframerah transformasi Fourier dapat mencerminkan perubahan morfologi dan diagram fase dari sistem kompleks protein-pati dengan rasio luas pita polisakarida pada 1180-953 cm-1 dan pita amida pada 1750-1483 cm-1 [52, 337], tetapi teknik ini sangat kompleks dan biasanya memerlukan radiasi sinkrotron Teknik infra merah transformasi Fourier untuk menghasilkan kontras yang cukup untuk sistem hibrid HPMC/HPS.Ada juga teknik untuk mencapai pemisahan komponen ini, seperti mikroskop elektron transmisi dan hamburan sinar-X sudut kecil, tetapi teknik ini biasanya rumit [338].Dalam subjek ini, metode analisis mikroskop optik pencelupan yodium sederhana digunakan, dan prinsip bahwa kelompok akhir struktur heliks amilosa dapat bereaksi dengan yodium untuk membentuk kompleks inklusi digunakan untuk mewarnai sistem senyawa HPMC / HPS dengan pewarnaan yodium, jadi itu HPS Komponen dibedakan dari komponen HPMC dengan warnanya yang berbeda di bawah mikroskop cahaya.Oleh karena itu, metode analisis mikroskop optik pewarnaan yodium adalah metode penelitian yang sederhana dan efektif untuk morfologi dan diagram fase sistem kompleks berbasis pati.
Dalam bab ini, morfologi mikroskopis, distribusi fasa, transisi fasa, dan mikrostruktur lain dari sistem senyawa HPMC/HPS dipelajari melalui analisis mikroskop optik pencelupan yodium;dan sifat mekanik dan sifat makroskopis lainnya;dan melalui analisis korelasi morfologi mikroskopis dan sifat makroskopik dari konsentrasi larutan yang berbeda dan rasio peracikan, hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik dari sistem senyawa HPMC/HPS ditetapkan, untuk mengontrol HPMC/HPS.Memberikan dasar untuk sifat-sifat material komposit.
4.1 Bahan dan Peralatan
4.1.1 Bahan percobaan utama
4.2 Metode Eksperimen
4.2.1 Pembuatan larutan senyawa HPMC/HPS
Siapkan larutan HPMC dan larutan HPS pada konsentrasi 3%, 5%, 7% dan 9%, lihat 2.2.1 untuk metode pembuatannya.Campur larutan HPMC dan larutan HPS menurut 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 45:55, 40:60, 30:70, 20:80, 0: 100 Rasio yang berbeda dicampur pada kecepatan 250 rmp/menit pada 21 °C selama 30 menit, dan larutan campuran dengan konsentrasi berbeda dan rasio berbeda diperoleh.
4.2.2 Pembuatan membran komposit HPMC/HPS
Lihat 3.2.1.
4.2.3 Pembuatan kapsul komposit HPMC/HPS
Lihat larutan yang disiapkan dengan metode di 2.2.1, gunakan cetakan stainless steel untuk pencelupan, dan keringkan pada suhu 37 °C.Keluarkan kapsul kering, potong kelebihannya, dan satukan menjadi sepasang.
4.2.4 Mikroskop optik film komposit HPMC/HPS
4.2.4.1 Prinsip Analisis Mikroskopi Optik
Mikroskop optik menggunakan prinsip optik pencitraan pembesar dengan lensa cembung, dan menggunakan dua lensa konvergen untuk memperluas sudut bukaan zat kecil di dekatnya ke mata, dan memperbesar ukuran zat kecil yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia. sampai ukuran zat dapat dilihat oleh mata manusia.
4.2.4.2 Metode pengujian
Larutan senyawa HPMC/HPS dengan konsentrasi dan rasio peracikan yang berbeda dikeluarkan pada suhu 21 °C, dijatuhkan pada slide kaca, dicetak menjadi lapisan tipis, dan dikeringkan pada suhu yang sama.Film diwarnai dengan larutan yodium 1% (1 g yodium dan 10 g kalium iodida ditempatkan dalam labu ukur 100 mL, dan dilarutkan dalam etanol), ditempatkan di bidang mikroskop cahaya untuk pengamatan dan difoto.
4.2.5 Transmisi cahaya film komposit HPMC/HPS
4.2.5.1 Prinsip analisis spektrofotometri UV-vis
Sama seperti 3.2.3.1.
4.2.5.1 Metode pengujian
Lihat 3.2.3.2.
4.2.6 Sifat tarik film komposit HPMC/HPS
4.2.6.1 Prinsip analisis sifat tarik
Sama seperti 3.2.3.1.
4.2.6.1 Metode pengujian
Sampel diuji setelah diseimbangkan pada kelembaban 73% selama 48 jam.Lihat 3.2.3.2 untuk metode pengujian.
4.3 Hasil dan Pembahasan
4.3.1 Pengamatan transparansi produk
Gambar 4-1 menunjukkan film dan kapsul yang dapat dimakan dibuat dengan peracikan HPMC dan HPS dalam rasio peracikan 70:30.Seperti dapat dilihat dari gambar, produk memiliki transparansi yang baik, yang menunjukkan bahwa HPMC dan HPS memiliki indeks bias yang sama, dan senyawa homogen dapat diperoleh setelah menggabungkan keduanya.
4.3.2 Gambar mikroskop optik kompleks HPMC/HPS sebelum dan sesudah pewarnaan
Gambar 4-2 menunjukkan morfologi khas sebelum dan sesudah pencelupan kompleks HPMC/HPS dengan rasio peracikan berbeda yang diamati di bawah mikroskop optik.Seperti dapat dilihat dari gambar, sulit untuk membedakan fase HPMC dan fase HPS pada gambar yang tidak diwarnai;HPMC murni yang diwarnai dan HPS murni menunjukkan warna uniknya sendiri, karena reaksi HPS dan yodium melalui pewarnaan yodium Warnanya menjadi lebih gelap.Oleh karena itu, dua fase dalam sistem senyawa HPMC/HPS dibedakan secara sederhana dan jelas, yang selanjutnya membuktikan bahwa HPMC dan HPS tidak dapat bercampur dan tidak dapat membentuk senyawa yang homogen.Seperti dapat dilihat dari gambar, dengan meningkatnya konten HPS, area area gelap (fase HPS) pada gambar terus meningkat seperti yang diharapkan, sehingga menegaskan bahwa penataan ulang dua fase terjadi selama proses ini.Ketika kandungan HPMC lebih tinggi dari 40%, HPMC menghadirkan keadaan fase kontinyu, dan HPS terdispersi dalam fase kontinyu HPMC sebagai fase terdispersi.Sebaliknya, ketika kandungan HPMC lebih rendah dari 40%, HPS menghadirkan keadaan fase kontinyu, dan HPMC terdispersi dalam fase kontinyu HPS sebagai fase terdispersi.Oleh karena itu, pada larutan senyawa HPMC/HPS 5%, dengan meningkatnya kandungan HPS, terjadi hal sebaliknya ketika rasio senyawa HPMC/HPS 40:60.Fase kontinyu berubah dari fase HPMC awal ke fase HPS selanjutnya.Dengan mengamati bentuk fasa, terlihat bahwa fasa HPMC dalam matriks HPS setelah dispersi berbentuk bola, sedangkan bentuk fasa HPS yang terdispersi dalam matriks HPMC lebih tidak beraturan.
Selain itu, dengan menghitung rasio luas area berwarna terang (HPMC) dengan area berwarna gelap (HPS) di kompleks HPMC/HPS setelah pewarnaan (tanpa mempertimbangkan situasi mesofasa), ditemukan bahwa luas HPMC (warna terang)/HPS (warna gelap) pada gambar Rasio selalu lebih besar dari rasio senyawa HPMC/HPS sebenarnya.Misalnya, pada diagram pewarnaan senyawa HPMC/HPS dengan rasio senyawa 50:50, luas HPS di area interfase tidak dihitung, dan rasio area terang/gelap adalah 71/29.Hasil ini menegaskan adanya sejumlah besar mesofasa dalam sistem komposit HPMC/HPS.
Diketahui bahwa sistem peracikan polimer yang sepenuhnya kompatibel sangat jarang karena selama proses peracikan polimer, panas peracikan biasanya positif dan entropi peracikan biasanya sedikit berubah, sehingga menghasilkan energi bebas selama peracikan berubah menjadi nilai positif.Namun, dalam sistem senyawa HPMC/HPS, HPMC dan HPS masih menjanjikan untuk menunjukkan tingkat kompatibilitas yang lebih besar, karena HPMC dan HPS keduanya polisakarida hidrofilik, memiliki unit struktural yang sama - glukosa, dan melewati gugus fungsi yang sama dimodifikasi dengan hidroksipropil.Fenomena multifase mesofasa dalam sistem senyawa HPMC/HPS juga menunjukkan bahwa HPMC dan HPS dalam senyawa tersebut memiliki tingkat kompatibilitas tertentu, dan fenomena serupa terjadi pada sistem campuran pati-polivinil alkohol dengan penambahan plasticizer.juga muncul [339].
4.3.3 Hubungan antara morfologi mikroskopis dan sifat makroskopik sistem senyawa
Hubungan antara morfologi, fenomena pemisahan fasa, transparansi dan sifat mekanik dari sistem komposit HPMC/HPS dipelajari secara rinci.Gambar 4-3 menunjukkan pengaruh kandungan HPS pada sifat makroskopik seperti transparansi dan modulus tarik sistem senyawa HPMC/HPS.Dapat dilihat dari gambar bahwa transparansi HPMC murni lebih tinggi daripada HPS murni, terutama karena rekristalisasi pati mengurangi transparansi HPS, dan modifikasi hidroksipropil pati juga merupakan alasan penting untuk pengurangan transparansi. HPS [340, 341].Dapat diketahui dari gambar bahwa transmitansi sistem senyawa HPMC/HPS akan memiliki nilai minimum dengan perbedaan kandungan HPS.Transmisi sistem senyawa, dalam kisaran konten HPS di bawah 70%, meningkat seiringit berkurang dengan meningkatnya kandungan HPS;ketika konten HPS melebihi 70%, itu meningkat seiring dengan peningkatan konten HPS.Fenomena ini berarti bahwa sistem senyawa HPMC/HPS tidak dapat bercampur, karena fenomena pemisahan fase sistem menyebabkan penurunan transmisi cahaya.Sebaliknya, modulus Young sistem majemuk juga menunjukkan titik minimum dengan proporsi yang berbeda, dan modulus Young terus menurun dengan peningkatan kandungan HPS, dan mencapai titik terendah ketika kandungan HPS 60%.Modulus terus meningkat, dan modulusnya sedikit meningkat.Modulus Young dari sistem senyawa HPMC/HPS menunjukkan nilai minimum, yang juga menunjukkan bahwa sistem senyawa merupakan sistem yang tidak bercampur.Titik terendah transmisi cahaya sistem kompon HPMC/HPS konsisten dengan titik transisi fase dari fase kontinyu HPMC ke fase terdispersi dan titik terendah nilai modulus Young pada Gambar 4-2.
4.3.4 Pengaruh konsentrasi larutan terhadap morfologi mikroskopis sistem senyawa
Gambar 4-4 menunjukkan pengaruh konsentrasi larutan pada morfologi dan fase transisi dari sistem senyawa HPMC/HPS.Seperti dapat dilihat dari gambar, sistem senyawa HPMC/HPS konsentrasi rendah 3%, dalam rasio senyawa HPMC/HPS adalah 40:60, penampakan struktur co-continuous dapat diamati;sementara dalam larutan 7% konsentrasi tinggi, struktur ko-kontinu ini diamati pada gambar dengan rasio peracikan 50:50.Hasil ini menunjukkan bahwa titik transisi fasa sistem senyawa HPMC/HPS memiliki ketergantungan konsentrasi tertentu, dan rasio senyawa HPMC/HPS dari transisi fasa meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi larutan senyawa, dan HPS cenderung membentuk fasa kontinyu. ..Selain itu, domain HPS yang terdispersi dalam fase kontinyu HPMC menunjukkan bentuk dan morfologi yang serupa dengan perubahan konsentrasi;sedangkan fase terdispersi HPMC yang terdispersi dalam fase kontinyu HPS menunjukkan bentuk dan morfologi yang berbeda pada konsentrasi yang berbeda.dan dengan meningkatnya konsentrasi larutan, area dispersi HPMC menjadi semakin tidak beraturan.Alasan utama untuk fenomena ini adalah bahwa viskositas larutan HPS jauh lebih tinggi daripada larutan HPMC pada suhu kamar, dan kecenderungan fase HPMC untuk membentuk keadaan bola yang rapi ditekan karena tegangan permukaan.
4.3.5 Pengaruh konsentrasi larutan terhadap sifat mekanik sistem senyawa
Sesuai dengan morfologi Gambar 4-4, Gambar 4-5 menunjukkan sifat tarik film komposit yang terbentuk di bawah konsentrasi larutan yang berbeda.Dapat dilihat dari gambar bahwa modulus Young dan pemanjangan putus sistem komposit HPMC/HPS cenderung menurun dengan meningkatnya konsentrasi larutan, yang konsisten dengan transformasi bertahap HPMC dari fase kontinyu ke fase terdispersi pada Gambar 4. -4.Morfologi mikroskopis konsisten.Karena modulus Young homopolimer HPMC lebih tinggi daripada modulus HPS, diperkirakan bahwa modulus Young sistem komposit HPMC/HPS akan ditingkatkan ketika HPMC adalah fase kontinyu.
4.4 Ringkasan bab ini
Dalam bab ini, larutan senyawa HPMC/HPS dan film komposit yang dapat dimakan dengan konsentrasi dan rasio peracikan yang berbeda disiapkan, dan morfologi mikroskopis dan transisi fase dari sistem senyawa HPMC/HPS diamati dengan analisis mikroskop optik pewarnaan yodium untuk membedakan fase pati.Transmisi cahaya dan sifat mekanik dari film komposit HPMC/HPS yang dapat dimakan dipelajari dengan spektrofotometer UV-vis dan penguji sifat mekanik, dan efek dari berbagai konsentrasi dan rasio peracikan pada sifat optik dan sifat mekanik dari sistem peracikan dipelajari.Hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik dari sistem senyawa HPMC/HPS dibangun dengan menggabungkan struktur mikro dari sistem komposit, seperti struktur mikro, transisi fase dan pemisahan fase, dan sifat makroskopik seperti sifat optik dan sifat mekanik.Temuan utama adalah sebagai berikut:
- Metode analisis mikroskop optik untuk membedakan fase pati dengan pewarnaan yodium adalah metode yang paling sederhana, langsung dan efektif untuk mempelajari morfologi dan transisi fase sistem senyawa berbasis pati.Dengan pewarnaan yodium, fase pati tampak semakin gelap di bawah mikroskop cahaya, sedangkan HPMC tidak diwarnai dan oleh karena itu warnanya tampak lebih terang.
- Sistem senyawa HPMC/HPS tidak larut, dan ada titik transisi fase dalam sistem senyawa, dan titik transisi fase ini memiliki ketergantungan rasio senyawa tertentu dan ketergantungan konsentrasi larutan.
- Sistem senyawa HPMC/HPS memiliki kompatibilitas yang baik, dan sejumlah besar mesofasa hadir dalam sistem senyawa.Pada fase perantara, fase kontinyu terdispersi dalam fase terdispersi dalam keadaan partikel.
- Fase terdispersi HPS dalam matriks HPMC menunjukkan bentuk bola yang serupa pada konsentrasi yang berbeda;HPMC menunjukkan morfologi yang tidak teratur pada matriks HPS, dan ketidakteraturan morfologi meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi.
- Hubungan antara struktur mikro, transisi fase, transparansi dan sifat mekanik dari sistem komposit HPMC/HPS ditetapkan.A.Titik transparansi terendah dari sistem senyawa konsisten dengan titik transisi fase HPMC dari fase kontinyu ke fase terdispersi dan titik minimum penurunan modulus tarik.B.Modulus Young dan pemanjangan putus menurun dengan meningkatnya konsentrasi larutan, yang berhubungan dengan perubahan morfologi HPMC dari fase kontinyu menjadi fase terdispersi dalam sistem senyawa.
Singkatnya, sifat makroskopis dari sistem komposit HPMC / HPS terkait erat dengan struktur morfologi mikroskopisnya, transisi fase, pemisahan fase dan fenomena lainnya, dan sifat komposit dapat diatur dengan mengontrol struktur fase dan kompatibilitas komposit. sistem.
Bab 5 Pengaruh Gelar Substitusi Hidroksipropil HPS pada Sifat Reologi Sistem Senyawa HPMC/HPS
Diketahui bahwa perubahan kecil dalam struktur kimia pati dapat menyebabkan perubahan dramatis dalam sifat reologinya.Oleh karena itu, modifikasi kimia menawarkan kemungkinan untuk meningkatkan dan mengontrol sifat reologi produk berbahan dasar pati [342].Pada gilirannya, menguasai pengaruh struktur kimia pati pada sifat reologinya dapat lebih memahami sifat struktural produk berbasis pati, dan memberikan dasar untuk desain pati yang dimodifikasi dengan sifat fungsional pati yang lebih baik [235].Pati hidroksipropil adalah pati modifikasi profesional yang banyak digunakan di bidang makanan dan obat-obatan.Biasanya dibuat dengan reaksi eterifikasi pati asli dengan propilena oksida dalam kondisi basa.Hidroksipropil adalah gugus hidrofilik.Masuknya gugus tersebut ke dalam rantai molekul pati dapat memutus atau melemahkan ikatan hidrogen intramolekul yang mempertahankan struktur granula pati.Oleh karena itu, sifat fisikokimia pati hidroksipropil berhubungan dengan derajat substitusi gugus hidroksipropil pada rantai molekulnya [233, 235, 343, 344].
Banyak penelitian telah menyelidiki pengaruh derajat substitusi hidroksipropil terhadap sifat fisikokimia pati hidroksipropil.Han dkk.mempelajari efek pati lilin hidroksipropil dan pati jagung hidroksipropil pada struktur dan karakteristik retrogradasi kue beras ketan Korea.Studi ini menemukan bahwa hidroksipropilasi dapat menurunkan suhu gelatinisasi pati dan meningkatkan daya ikat air pati.kinerja, dan secara signifikan menghambat fenomena penuaan pati dalam kue beras ketan Korea [345].Kaur dkk.mempelajari efek substitusi hidroksipropil pada sifat fisikokimia dari varietas pati kentang yang berbeda, dan menemukan bahwa tingkat substitusi hidroksipropil pati kentang bervariasi dengan varietas yang berbeda, dan pengaruhnya terhadap sifat pati dengan ukuran partikel besar Lebih signifikan;reaksi hidroksipropilasi menyebabkan banyak fragmen dan alur pada permukaan granula pati;substitusi hidroksipropil dapat secara signifikan meningkatkan sifat pembengkakan, kelarutan air dan kelarutan pati dalam dimetil sulfoksida, dan meningkatkan transparansi pasta pati [346].Lawal dkk.mempelajari pengaruh substitusi hidroksipropil terhadap sifat pati ubi jalar.Studi menunjukkan bahwa setelah modifikasi hidroksipropil, kapasitas pembengkakan bebas dan kelarutan air pati meningkat;rekristalisasi dan retrogradasi pati asli dihambat;Kecernaan ditingkatkan [347].Schmitz dkk.menyiapkan pati tapioka hidroksipropil dan ternyata memiliki kapasitas pembengkakan dan viskositas yang lebih tinggi, laju penuaan yang lebih rendah, dan stabilitas pencairan beku yang lebih tinggi [344].
Namun, ada beberapa studi tentang sifat reologi pati hidroksipropil, dan efek modifikasi hidroksipropil pada sifat reologi dan sifat gel dari sistem senyawa berbasis pati sejauh ini jarang dilaporkan.Chun dkk.mempelajari reologi larutan pati beras hidroksipropil konsentrasi rendah (5%).Hasil penelitian menunjukkan bahwa efek modifikasi hidroksipropil pada keadaan tunak dan viskoelastisitas dinamis larutan pati terkait dengan tingkat substitusi, dan sejumlah kecil substitusi hidroksipropil Propil dapat secara signifikan mengubah sifat reologi larutan pati;koefisien viskositas larutan pati menurun dengan meningkatnya derajat substitusi, dan ketergantungan suhu dari sifat reologinya meningkat dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil.Jumlahnya menurun dengan meningkatnya derajat substitusi [342].Lee dkk.mempelajari pengaruh substitusi hidroksipropil terhadap sifat fisik dan sifat reologi pati ubi jalar, dan hasilnya menunjukkan bahwa kemampuan pengembangan dan kelarutan pati dalam air meningkat seiring dengan peningkatan derajat substitusi hidroksipropil;Nilai entalpi menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil;koefisien viskositas, viskositas kompleks, tegangan luluh, viskositas kompleks dan modulus dinamis larutan pati semuanya menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, indeks cairan dan faktor kehilangan meningkat dengan derajat substitusi hidroksipropil;kekuatan gel lem pati menurun, stabilitas freeze-thaw meningkat, dan efek sineresis menurun [235].
Dalam bab ini, efek tingkat substitusi hidroksipropil HPS pada sifat reologi dan sifat gel dari sistem senyawa gel dingin dan panas HPMC/HPS dipelajari.Situasi transisi sangat penting untuk pemahaman mendalam tentang hubungan antara pembentukan struktur dan sifat reologi.Selain itu, mekanisme gelasi dari sistem senyawa pendingin balik HPMC/HPS telah dibahas sebelumnya, untuk memberikan beberapa panduan teoretis untuk sistem gel pendingin balik panas serupa lainnya.
5.1 Bahan dan Peralatan
5.1.1 Bahan eksperimen utama
5.1.2 Instrumen dan peralatan utama
5.2 Metode Eksperimen
5.2.1 Pembuatan larutan majemuk
Larutan senyawa HPMC/HPS 15% dengan rasio peracikan yang berbeda (100/0, 50/50, 0/100) dan HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda (G80, A939, A1081) disiapkan.Metode pembuatan A1081, A939, HPMC dan larutan majemuknya ditunjukkan pada 2.2.1.G80 dan larutan majemuknya dengan HPMC digelatinisasi dengan pengadukan pada kondisi 1500psi dan 110°C dalam autoklaf, karena pati asli G80 mengandung amilosa tinggi (80%), dan suhu gelatinisasinya lebih tinggi dari 100 °C, yang tidak dapat dicapai dengan metode gelatinisasi penangas air asli [348].
5.2.2 Sifat reologi larutan senyawa HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
5.2.2.1 Prinsip analisis reologi
Sama seperti 2.2.2.1
5.2.2.2 Metode uji mode aliran
Penjepit pelat paralel dengan diameter 60 mm digunakan, dan jarak pelat diatur ke 1 mm.
- Ada metode uji aliran pra-geser dan thixotropy tiga tahap.Sama seperti 2.2.2.2.
- Metode uji aliran tanpa pre-shear dan thixotropic ring thixotropy.Suhu uji adalah 25 °C, a.Geser dengan kecepatan yang meningkat, rentang laju geser 0-1000 s-1, waktu geser 1 menit;B.Geser konstan, laju geser 1000 s-1, waktu geser 1 menit;C.Pengurangan kecepatan geser, kisaran laju geser adalah 1000-0s-1, dan waktu pemotongan adalah 1 menit.
5.2.2.3 Metode uji mode osilasi
Perlengkapan pelat paralel dengan diameter 60 mm digunakan, dan jarak pelat diatur ke 1 mm.
- Sapuan variabel deformasi.Suhu uji 25 °C, frekuensi 1 Hz, deformasi 0,01-100%.
- Pemindaian suhu.Frekuensi 1 Hz, deformasi 0,1 %, a.Proses pemanasan, suhu 5-85 °C, laju pemanasan 2 °C/menit;B.Proses pendinginan, suhu 85-5 °C, laju pendinginan 2 °C/menit.Segel minyak silikon digunakan di sekitar sampel untuk menghindari hilangnya kelembapan selama pengujian.
- Sapuan frekuensi.Variasi 0,1 %, frekuensi 1-100 rad/s.Pengujian dilakukan masing-masing pada suhu 5 °C dan 85 °C, dan diseimbangkan pada suhu pengujian selama 5 menit sebelum pengujian.
Hubungan antara modulus penyimpanan G′ dan modulus kehilangan G″ dari larutan polimer dan frekuensi sudut ω mengikuti hukum pangkat:
di mana n′ dan n″ masing-masing adalah kemiringan log G′-log ω dan log G″-log ω;
G0′ dan G0″ masing-masing adalah perpotongan dari log G′-log ω dan log G″-log ω.
5.2.3 Mikroskop optik
5.2.3.1 Prinsip instrumen
Sama seperti 4.2.3.1
5.2.3.2 Metode pengujian
Larutan senyawa HPMC/HPS 5% 5:5 3% dikeluarkan pada suhu yang berbeda yaitu 25 °C, 45 °C, dan 85 °C, dijatuhkan pada slide kaca yang dijaga pada suhu yang sama, dan dicetak menjadi film tipis.lapisan larutan dan dikeringkan pada suhu yang sama.Film diwarnai dengan larutan yodium 1%, ditempatkan di bidang mikroskop cahaya untuk pengamatan dan difoto.
5.3 Hasil dan Pembahasan
5.3.1 Analisis viskositas dan pola aliran
5.3.1.1 Metode uji aliran tanpa pre-shear dan thixotropic ring thixotropy
Dengan menggunakan metode uji aliran tanpa pre-shearing dan metode thixotropic ring thixotropic, viskositas larutan senyawa HPMC/HPS dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS dipelajari.Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5-1.Dapat dilihat dari gambar bahwa viskositas semua sampel menunjukkan tren penurunan dengan peningkatan laju geser di bawah aksi gaya geser, menunjukkan tingkat fenomena penipisan geser tertentu.Sebagian besar larutan atau lelehan polimer konsentrasi tinggi mengalami penguraian yang kuat dan penataan ulang molekul di bawah geser, sehingga menunjukkan perilaku fluida pseudoplastik [305, 349, 350].Namun, derajat penipisan geser larutan senyawa HPMC/HPS dari HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda berbeda.
Gambar 5-1 Viskositas vs. laju geser larutan HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidropropil HPS yang berbeda (tanpa pra-geser, simbol padat dan berongga masing-masing menunjukkan peningkatan laju dan penurunan laju proses)
Terlihat dari gambar bahwa kekentalan dan derajat ketipisan geser dari sampel HPS murni lebih tinggi dibandingkan dengan sampel senyawa HPMC/HPS, sedangkan derajat ketipisan geser dari larutan HPMC paling rendah, terutama karena viskositas dari HPS. pada suhu rendah secara signifikan lebih tinggi daripada HPMC.Selain itu, untuk larutan senyawa HPMC/HPS dengan rasio senyawa yang sama, viskositas meningkat dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS.Hal ini mungkin karena penambahan gugus hidroksipropil pada molekul pati memecah ikatan hidrogen antar molekul dan dengan demikian menyebabkan disintegrasi butiran pati.Hidroksipropilasi secara signifikan mengurangi fenomena penipisan geser pati, dan fenomena penipisan geser pati asli adalah yang paling jelas.Dengan peningkatan terus menerus dari tingkat substitusi hidroksipropil, tingkat penipisan geser HPS secara bertahap menurun.
Semua sampel memiliki cincin thixotropic pada kurva shear stress-shear rate, yang menunjukkan bahwa semua sampel memiliki derajat thixotropy tertentu.Kekuatan thixotropic diwakili oleh ukuran daerah cincin thixotropic.Semakin thixotropic sampelnya [351].Indeks aliran n dan koefisien viskositas K larutan sampel dapat dihitung dengan hukum pangkat Ostwald-de Waele (lihat persamaan (2-1)).
Tabel 5-1 Indeks perilaku aliran (n) dan indeks konsistensi fluida (K) selama laju peningkatan dan penurunan laju proses dan area loop tiksotropi larutan HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidropropil HPS yang berbeda pada suhu 25 °C
Tabel 5-1 menunjukkan indeks alir n, koefisien viskositas K dan luas cincin tiksotropik larutan senyawa HPMC/HPS dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS dalam proses peningkatan geser dan penurunan geser.Terlihat dari tabel bahwa indeks alir n dari semua sampel kurang dari 1, menunjukkan bahwa semua larutan sampel adalah cairan pseudoplastik.Untuk sistem senyawa HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang sama, indeks aliran n meningkat seiring dengan peningkatan kandungan HPMC, menunjukkan bahwa penambahan HPMC membuat larutan senyawa memperlihatkan karakteristik fluida Newtonian yang lebih kuat.Namun dengan bertambahnya kandungan HPMC, koefisien viskositas K terus menurun, hal ini menunjukkan bahwa penambahan HPMC menurunkan viskositas larutan senyawa, karena koefisien viskositas K berbanding lurus dengan viskositas.Nilai n dan nilai K HPS murni dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda pada tahap geser naik keduanya menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, menunjukkan bahwa modifikasi hidroksipropilasi dapat meningkatkan pseudoplastisitas pati dan menurunkan Viskositas larutan pati.Sebaliknya, nilai n meningkat dengan meningkatnya derajat substitusi pada tahap penurunan geser, yang menunjukkan bahwa hidroksipropilasi meningkatkan perilaku fluida Newtonian dari larutan setelah pemotongan berkecepatan tinggi.Nilai n dan nilai K dari sistem senyawa HPMC/HPS dipengaruhi oleh hidroksipropilasi HPS dan HPMC, yang merupakan hasil dari aksi gabungan keduanya.Dibandingkan dengan tahap pencukuran yang meningkat, nilai n semua sampel pada tahap pencukuran yang menurun menjadi lebih besar, sedangkan nilai K menjadi lebih kecil, menunjukkan bahwa viskositas larutan senyawa berkurang setelah pencukuran berkecepatan tinggi, dan Perilaku fluida Newtonian dari larutan majemuk ditingkatkan..
Luas cincin tiksotropik berkurang dengan meningkatnya kandungan HPMC, menunjukkan bahwa penambahan HPMC mengurangi tiksotropi larutan senyawa dan meningkatkan stabilitasnya.Untuk larutan senyawa HPMC/HPS dengan rasio peracikan yang sama, luas cincin tiksotropik berkurang dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS, menunjukkan bahwa hidroksipropilasi meningkatkan stabilitas HPS.
5.3.1.2 Metode pemotongan dengan metode pre-cutting dan thixotropic tiga tingkat
Metode shear dengan pre-shear digunakan untuk mempelajari perubahan viskositas larutan senyawa HPMC/HPS dengan derajat yang berbeda dari substitusi hidroksipropil HPS dengan shear rate.Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5-2.Dapat dilihat dari gambar bahwa larutan HPMC hampir tidak menunjukkan penipisan geser, sedangkan sampel lainnya menunjukkan penipisan geser.Hal ini sesuai dengan hasil yang didapatkan dengan metode shearing tanpa pre-shearing.Dapat juga dilihat dari gambar bahwa pada laju geser rendah, sampel tersubstitusi hidroksipropil tinggi menunjukkan daerah dataran tinggi.
Gambar 5-2 Viskositas vs laju geser larutan HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidropropil berbeda dari HPS (dengan pra-pengguntingan)
Viskositas geser nol (h0), indeks aliran (n) dan koefisien viskositas (K) yang diperoleh dengan pemasangan ditunjukkan pada Tabel 5-2.Dari tabel, kita dapat melihat bahwa untuk sampel HPS murni, nilai n yang diperoleh oleh kedua metode meningkat dengan derajat substitusi, yang menunjukkan bahwa perilaku padat dari larutan pati menurun dengan meningkatnya derajat substitusi.Dengan meningkatnya kandungan HPMC, semua nilai n menunjukkan tren menurun, menunjukkan bahwa HPMC mengurangi perilaku padat dari solusi.Hal ini menunjukkan bahwa hasil analisis kualitatif kedua metode tersebut konsisten.
Membandingkan data yang diperoleh untuk sampel yang sama dengan metode pengujian yang berbeda, ditemukan bahwa nilai n yang diperoleh setelah pemotongan awal selalu lebih besar daripada yang diperoleh dengan metode tanpa pemotongan awal, yang menunjukkan bahwa sistem komposit yang diperoleh dengan pengujian awal. -metode geser adalah benda padat yang perilakunya lebih rendah daripada yang diukur dengan metode tanpa pra-pencukuran.Hal ini dikarenakan hasil akhir yang diperoleh pada pengujian tanpa pre-shear sebenarnya adalah hasil dari gabungan aksi shear rate dan shear time, sedangkan metode pengujian dengan pre-shear terlebih dahulu menghilangkan efek thixotropic dengan high shear selama periode tertentu. waktu.Oleh karena itu, metode ini dapat lebih akurat menentukan fenomena penipisan geser dan karakteristik aliran dari sistem gabungan.
Dari tabel tersebut, kita juga dapat melihat bahwa untuk rasio peracikan yang sama (5:5), nilai n dari sistem peracikan mendekati 1, dan pra-pencukuran n meningkat dengan derajat substitusi hidroksipropil. Hal ini menunjukkan bahwa HPMC adalah fase kontinu dalam sistem senyawa, dan HPMC memiliki efek yang lebih kuat pada sampel pati dengan tingkat substitusi hidroksipropil rendah, yang konsisten dengan hasil bahwa nilai n meningkat dengan peningkatan derajat substitusi tanpa pre-shearing sebaliknya.Nilai K dari sistem senyawa dengan derajat substitusi yang berbeda pada kedua metode serupa, dan tidak ada tren yang jelas, sedangkan viskositas zero-shear menunjukkan tren penurunan yang jelas, karena viskositas zero-shear tidak bergantung pada shear. kecepatan.Viskositas intrinsik dapat secara akurat mencerminkan sifat-sifat zat itu sendiri.
Gambar 5-3 Thixotropy interval tiga larutan campuran HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidropropil HPS yang berbeda
Metode thixotropic tiga tahap digunakan untuk mempelajari pengaruh derajat yang berbeda dari substitusi hidroksipropil pati hidroksipropil pada sifat thixotropic dari sistem senyawa.Dapat dilihat dari Gambar 5-3 bahwa pada tahap geser rendah, viskositas larutan menurun dengan meningkatnya kandungan HPMC, dan menurun dengan meningkatnya derajat substitusi, yang konsisten dengan hukum viskositas geser nol.
Tingkat pemulihan struktural setelah waktu yang berbeda dalam tahap pemulihan dinyatakan dengan tingkat pemulihan viskositas DSR, dan metode perhitungan ditunjukkan pada 2.3.2.Dapat dilihat dari Tabel 5-2 bahwa dalam waktu pemulihan yang sama, DSR HPS murni secara signifikan lebih rendah daripada HPMC murni, terutama karena molekul HPMC adalah rantai kaku, dan waktu relaksasinya singkat, dan struktur dapat dipulihkan dalam waktu singkat.pulih.Meskipun HPS adalah rantai yang fleksibel, waktu relaksasinya lama, dan pemulihan strukturnya memakan waktu lama.Dengan meningkatnya derajat substitusi, DSR HPS murni menurun dengan meningkatnya derajat substitusi, menunjukkan bahwa hidroksipropilasi meningkatkan kelenturan rantai molekul pati dan membuat waktu relaksasi HPS lebih lama.DSR larutan majemuk lebih rendah daripada HPS murni dan sampel HPMC murni, tetapi dengan peningkatan derajat substitusi hidroksipropil HPS, DSR sampel senyawa meningkat, yang menunjukkan bahwa thixotropy dari sistem senyawa meningkat seiring dengan peningkatan substitusi hidroksipropil HPS.Ini berkurang dengan meningkatnya tingkat substitusi radikal, yang konsisten dengan hasil tanpa pra-pencukuran.
Tabel 5-2 Viskositas geser nol (h0), indeks perilaku aliran (n), indeks konsistensi fluida (K) selama peningkatan laju dan derajat pemulihan struktur (DSR) setelah waktu pemulihan tertentu untuk larutan HPS/HPMC dengan berbagai hidropropil derajat substitusi HPS pada 25 °C
Singkatnya, uji keadaan tunak tanpa pre-shearing dan uji thixotropy cincin thixotropic dapat menganalisis sampel dengan perbedaan kinerja yang besar secara kualitatif, tetapi untuk senyawa dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda dengan perbedaan kinerja yang kecil. hasil yang sebenarnya, karena data terukur merupakan hasil menyeluruh dari pengaruh shear rate dan shear time, dan tidak dapat benar-benar mencerminkan pengaruh satu variabel.
5.3.2 Daerah viskoelastik linier
Diketahui bahwa untuk hidrogel, modulus penyimpanan G′ ditentukan oleh kekerasan, kekuatan, dan jumlah rantai molekul efektif, dan modulus kehilangan G′′ ditentukan oleh migrasi, gerakan, dan gesekan molekul kecil dan gugus fungsi. .Itu ditentukan oleh konsumsi energi gesekan seperti getaran dan rotasi.Adanya tanda persimpangan modulus penyimpanan G′ dan modulus kerugian G″ (mis. tan δ = 1).Transisi dari larutan ke gel disebut titik gel.Modulus penyimpanan G′ dan modulus kerugian G″ sering digunakan untuk mempelajari perilaku gelasi, laju pembentukan dan sifat struktural dari struktur jaringan gel [352].Mereka juga dapat mencerminkan pengembangan struktur internal dan struktur molekul selama pembentukan struktur jaringan gel.interaksi [353].
Gambar 5-4 menunjukkan kurva sapuan regangan larutan senyawa HPMC/HPS dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS pada frekuensi 1 Hz dan rentang regangan 0,01%-100%.Dapat dilihat dari gambar bahwa di area deformasi yang lebih rendah (0,01–1%), semua sampel kecuali HPMC adalah G′ > G″, yang menunjukkan keadaan gel.Untuk HPMC, G′ dalam bentuk keseluruhan Rentang variabel selalu lebih kecil dari G”, menunjukkan bahwa HPMC berada dalam keadaan solusi.Selain itu, ketergantungan deformasi viskoelastisitas sampel yang berbeda juga berbeda.Untuk sampel G80, ketergantungan frekuensi viskoelastisitas lebih jelas: ketika deformasi lebih besar dari 0,3%, dapat dilihat bahwa G' berangsur-angsur menurun, disertai dengan peningkatan G yang signifikan”.meningkat, serta peningkatan tan δ yang signifikan;dan berpotongan ketika jumlah deformasi 1,7%, yang menunjukkan bahwa struktur jaringan gel G80 rusak parah setelah jumlah deformasi melebihi 1,7%, dan berada dalam keadaan larutan.
Gambar 5-4 Storage modulus (G′) dan loss modulus (G″) vs. strain untuk campuran HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidropropil yang berbeda dari HPS (Simbol padat dan berongga masing-masing menunjukkan G′ dan G″)
Gambar 5-5 tan δ vs. galur untuk larutan campuran HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidropropil HPS yang berbeda
Dapat dilihat dari gambar bahwa daerah viskoelastik linier HPS murni jelas menyempit dengan penurunan derajat substitusi hidroksipropil.Dengan kata lain, ketika derajat substitusi hidroksipropil HPS meningkat, perubahan signifikan pada kurva tan δ cenderung muncul pada kisaran jumlah deformasi yang lebih tinggi.Secara khusus, wilayah viskoelastik linier G80 adalah yang tersempit dari semua sampel.Oleh karena itu, wilayah viskoelastik linier G80 digunakan untuk menentukan
Kriteria penentuan nilai variabel deformasi pada rangkaian pengujian berikut ini.Untuk sistem senyawa HPMC/HPS dengan rasio peracikan yang sama, daerah viskoelastik linier juga menyempit dengan penurunan derajat substitusi hidroksipropil HPS, tetapi efek penyusutan derajat substitusi hidroksipropil pada daerah viskoelastik linier tidak begitu jelas.
5.3.3 Sifat viskoelastik selama pemanasan dan pendinginan
Sifat viskoelastik dinamis dari larutan senyawa HPMC/HPS dari HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 5-6.Seperti dapat dilihat dari gambar, HPMC memperlihatkan empat tahap selama proses pemanasan: daerah dataran tinggi awal, dua tahap pembentukan struktur, dan daerah dataran tinggi akhir.Pada tahap dataran tinggi awal, G ′ < G ″, nilai G ′ dan G ″ kecil, dan cenderung sedikit menurun dengan kenaikan suhu, menunjukkan perilaku viskoelastik cair yang umum.Gelasi termal HPMC memiliki dua tahap pembentukan struktur yang berbeda yang dibatasi oleh perpotongan G′ dan G″ (yaitu, titik transisi larutan-gel, sekitar 49 °C), yang konsisten dengan laporan sebelumnya.Konsisten [160, 354].Pada suhu tinggi, karena asosiasi hidrofobik dan asosiasi hidrofilik, HPMC secara bertahap membentuk struktur lintas jaringan [344, 355, 356].Di daerah dataran tinggi ekor, nilai G ′ dan G ″ tinggi, yang menunjukkan bahwa struktur jaringan gel HPMC sudah terbentuk sepenuhnya.
Keempat tahap HPMC ini muncul berurutan dalam urutan terbalik saat suhu menurun.Persimpangan G′ dan G″ bergeser ke daerah suhu rendah sekitar 32 °C selama tahap pendinginan, yang mungkin disebabkan oleh histeresis [208] atau efek kondensasi rantai pada suhu rendah [355].Mirip dengan HPMC, sampel lain selama proses pemanasan Ada juga empat tahap, dan fenomena reversibel terjadi selama proses pendinginan.Namun, dapat dilihat dari gambar bahwa G80 dan A939 menunjukkan proses yang disederhanakan tanpa perpotongan antara G' dan G”, dan kurva G80 bahkan tidak muncul.Area platform di bagian belakang.
Untuk HPS murni, tingkat substitusi hidroksipropil yang lebih tinggi dapat menggeser suhu awal dan akhir pembentukan gel, terutama suhu awal, yaitu 61 °C untuk G80, A939, dan A1081., 62 °C dan 54 °C.Selain itu, untuk sampel HPMC/HPS dengan rasio peracikan yang sama, dengan meningkatnya derajat substitusi, nilai G′ dan G″ keduanya cenderung menurun, yang konsisten dengan hasil penelitian sebelumnya [357, 358].Dengan meningkatnya derajat substitusi, tekstur gel menjadi lunak.Oleh karena itu, hidroksipropilasi memecah struktur teratur pati asli dan meningkatkan hidrofilisitasnya [343].
Untuk sampel senyawa HPMC/HPS, baik G′ dan G″ menurun dengan peningkatan derajat substitusi hidroksipropil HPS, yang konsisten dengan hasil HPS murni.Selain itu, dengan penambahan HPMC, derajat substitusi berpengaruh signifikan terhadap G′ Efek dengan G” menjadi kurang jelas.
Kurva viskoelastik dari semua sampel komposit HPMC/HPS menunjukkan tren yang sama, yang berhubungan dengan HPS pada suhu rendah dan HPMC pada suhu tinggi.Dengan kata lain, pada suhu rendah, HPS mendominasi sifat viskoelastik dari sistem gabungan, sedangkan pada suhu tinggi HPMC menentukan sifat viskoelastik dari sistem gabungan.Hasil ini terutama disebabkan oleh HPMC.Secara khusus, HPS adalah gel dingin, yang berubah dari keadaan gel menjadi keadaan larutan saat dipanaskan;sebaliknya, HPMC adalah gel panas, yang secara bertahap membentuk gel dengan struktur jaringan suhu yang meningkat.Untuk sistem senyawa HPMC/HPS, pada suhu rendah, sifat gel dari sistem senyawa terutama disumbangkan oleh gel dingin HPS, dan pada suhu tinggi, pada suhu hangat, gelasi HPMC mendominasi sistem senyawa.
Gambar 5-6 Storage modulus (G′), loss modulus (G″), dan tan δ vs. suhu untuk larutan campuran HPS/HPMC dengan tingkat substitusi hidropropil HPS yang berbeda
Modulus sistem komposit HPMC/HPS, seperti yang diharapkan, berada di antara modulus HPMC murni dan HPS murni.Selain itu, sistem kompleks menunjukkan G ′> G ″ di seluruh rentang pemindaian suhu, yang menunjukkan bahwa HPMC dan HPS masing-masing dapat membentuk ikatan hidrogen antarmolekul dengan molekul air, dan juga dapat membentuk ikatan hidrogen antarmolekul satu sama lain.Selain itu, pada kurva faktor kerugian, semua sistem kompleks memiliki puncak tan δ pada suhu sekitar 45 °C, yang menunjukkan bahwa transisi fase kontinu telah terjadi dalam sistem kompleks.Transisi fase ini akan dibahas pada 5.3.6 berikutnya.melanjutkan diskusi.
5.3.4 Pengaruh suhu terhadap viskositas senyawa
Memahami pengaruh suhu pada sifat reologi bahan penting karena berbagai suhu yang mungkin terjadi selama pemrosesan dan penyimpanan [359, 360].Dalam kisaran 5 °C – 85 °C, pengaruh suhu pada viskositas kompleks larutan senyawa HPMC/HPS dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS ditunjukkan pada Gambar 5-7.Dari Gambar 5-7(a), terlihat bahwa viskositas kompleks dari HPS murni berkurang secara signifikan dengan kenaikan temperatur;viskositas HPMC murni sedikit menurun dari awal hingga 45 °C dengan kenaikan suhu.memperbaiki.
Kurva viskositas dari semua sampel senyawa menunjukkan tren yang sama dengan suhu, pertama menurun dengan naiknya suhu dan kemudian meningkat dengan naiknya suhu.Selain itu, viskositas sampel gabungan lebih dekat dengan HPS pada suhu rendah dan lebih dekat dengan HPMC pada suhu tinggi.Hasil ini juga terkait dengan perilaku gelasi yang khas dari HPMC dan HPS.Kurva viskositas sampel gabungan menunjukkan transisi cepat pada 45 °C, mungkin karena transisi fase dalam sistem gabungan HPMC/HPS.Namun, perlu dicatat bahwa viskositas sampel senyawa G80/HPMC 5:5 pada suhu tinggi lebih tinggi daripada HPMC murni, yang terutama disebabkan oleh viskositas intrinsik G80 yang lebih tinggi pada suhu tinggi [361].Di bawah rasio peracikan yang sama, viskositas senyawa dari sistem peracikan menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS.Oleh karena itu, pengenalan gugus hidroksipropil ke dalam molekul pati dapat menyebabkan pemutusan ikatan hidrogen intramolekul dalam molekul pati.
Gambar 5-7 Viskositas kompleks vs. temperatur untuk campuran HPS/HPMC dengan tingkat substitusi hidropropil HPS yang berbeda
Efek suhu pada viskositas kompleks sistem senyawa HPMC/HPS sesuai dengan hubungan Arrhenius dalam kisaran suhu tertentu, dan viskositas kompleks memiliki hubungan eksponensial dengan suhu.Persamaan Arrhenius adalah sebagai berikut:
Diantaranya, η* adalah viskositas kompleks, Pa s;
A adalah konstanta, Pa s;
T adalah suhu mutlak, K;
R adalah tetapan gas, 8,3144 J·mol–1·K–1;
E adalah energi aktivasi, J·mol–1.
Sesuai dengan rumus (5-3), kurva viskositas-suhu dari sistem senyawa dapat dibagi menjadi dua bagian sesuai dengan puncak tan δ pada 45 °C;sistem senyawa pada 5 °C – 45 °C dan 45 °C – 85 ° Nilai energi aktivasi E dan konstanta A yang diperoleh dengan menyesuaikan dalam rentang C ditunjukkan pada Tabel 5-3.Nilai energi aktivasi E yang dihitung adalah antara −174 kJ·mol−1 dan 124 kJ·mol−1, dan nilai konstanta A adalah antara 6,24×10−11 Pa·s dan 1,99×1028 Pa·s.Dalam rentang pas, koefisien korelasi pas lebih tinggi (R2 = 0,9071 –0,9892) kecuali untuk sampel G80/HPMC.Sampel G80/HPMC memiliki koefisien korelasi yang lebih rendah (R2= 0,4435) pada kisaran suhu 45 °C – 85 °C, yang mungkin disebabkan oleh kekerasan G80 yang lebih tinggi dan bobotnya yang lebih cepat dibandingkan dengan laju Kristalisasi HPS lainnya [ 362].Properti G80 ini membuatnya lebih mungkin untuk membentuk senyawa non-homogen saat digabungkan dengan HPMC.
Pada kisaran suhu 5 °C – 45 °C, nilai E dari sampel komposit HPMC/HPS sedikit lebih rendah dibandingkan dengan HPS murni, yang mungkin disebabkan oleh interaksi antara HPS dan HPMC.Kurangi ketergantungan suhu viskositas.Nilai E dari HPMC murni lebih tinggi dibandingkan dengan sampel lainnya.Energi aktivasi untuk semua sampel yang mengandung pati adalah nilai positif yang rendah, menunjukkan bahwa pada suhu yang lebih rendah, penurunan viskositas dengan suhu kurang jelas dan formulasi menunjukkan tekstur seperti pati.
Tabel 5-3 Parameter persamaan Arrhenius (E: energi aktivasi; A: konstanta; R2 : koefisien determinasi) dari Persamaan (1) untuk campuran HPS/HPMC dengan derajat hidroksipropilasi HPS yang berbeda
Namun, pada kisaran suhu yang lebih tinggi dari 45 °C – 85 °C, nilai E berubah secara kualitatif antara sampel komposit HPS dan HPMC/HPS murni, dan nilai E dari HPS murni adalah 45,6 kJ·mol−1 – Dalam kisaran 124 kJ·mol−1, nilai E kompleks berada dalam kisaran -3,77 kJ·mol−1– -72,2 kJ·mol−1 .Perubahan ini menunjukkan efek kuat HPMC pada energi aktivasi sistem kompleks, karena nilai E HPMC murni adalah -174 kJ mol−1.Nilai E dari HPMC murni dan sistem gabungan adalah negatif, yang menunjukkan bahwa pada suhu yang lebih tinggi, viskositas meningkat dengan meningkatnya suhu, dan senyawa menunjukkan tekstur perilaku seperti HPMC.
Efek HPMC dan HPS pada viskositas kompleks sistem senyawa HPMC/HPS pada suhu tinggi dan suhu rendah konsisten dengan sifat viskoelastik yang dibahas.
5.3.5 Sifat mekanik dinamis
Gambar 5-8 menunjukkan kurva sapuan frekuensi pada 5 °C larutan senyawa HPMC/HPS dari HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda.Dapat dilihat dari gambar bahwa HPS murni menunjukkan perilaku seperti padatan (G′ > G″), sedangkan HPMC adalah perilaku seperti cairan (G′ < G″).Semua formulasi HPMC/HPS memperlihatkan perilaku seperti padat.Untuk sebagian besar sampel, baik G′ dan G″ meningkat dengan frekuensi yang meningkat, menunjukkan bahwa perilaku material yang mirip padat itu kuat.
HPMC murni menunjukkan ketergantungan frekuensi yang jelas yang sulit dilihat dalam sampel HPS murni.Seperti yang diharapkan, sistem kompleks HPMC/HPS menunjukkan tingkat ketergantungan frekuensi tertentu.Untuk semua sampel yang mengandung HPS, n′ selalu lebih rendah dari n″, dan G″ menunjukkan ketergantungan frekuensi yang lebih kuat daripada G′, menunjukkan bahwa sampel ini lebih elastis daripada kental [352, 359, 363].Oleh karena itu, kinerja sampel gabungan terutama ditentukan oleh HPS, terutama karena HPMC menghadirkan keadaan larutan dengan viskositas lebih rendah pada suhu rendah.
Tabel 5-4 n′, n″, G0′ dan G0″ untuk HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidropropil berbeda dari HPS pada 5 °C sebagaimana ditentukan dari Persamaan.(5-1) dan (5-2)
Gambar 5-8 Modulus penyimpanan (G′) dan modulus kehilangan (G″) vs. frekuensi untuk campuran HPS/HPMC dengan derajat substitusi hidropropil HPS yang berbeda pada 5 °C
HPMC murni menunjukkan ketergantungan frekuensi yang jelas yang sulit dilihat dalam sampel HPS murni.Seperti yang diharapkan untuk kompleks HPMC/HPS, sistem ligan menunjukkan tingkat ketergantungan frekuensi tertentu.Untuk semua sampel yang mengandung HPS, n′ selalu lebih rendah dari n″, dan G″ menunjukkan ketergantungan frekuensi yang lebih kuat daripada G′, menunjukkan bahwa sampel ini lebih elastis daripada kental [352, 359, 363].Oleh karena itu, kinerja sampel gabungan terutama ditentukan oleh HPS, terutama karena HPMC menghadirkan keadaan larutan dengan viskositas lebih rendah pada suhu rendah.
Gambar 5-9 menunjukkan kurva sapuan frekuensi larutan senyawa HPMC/HPS dari HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda pada suhu 85°C.Seperti dapat dilihat dari gambar, semua sampel HPS lainnya kecuali A1081 menunjukkan perilaku seperti padatan yang khas.Untuk A1081, nilai G' dan G” sangat dekat, dan G' sedikit lebih kecil dari G”, yang menunjukkan bahwa A1081 berperilaku sebagai fluida.
Ini mungkin karena A1081 adalah gel dingin dan mengalami transisi gel ke larutan pada suhu tinggi.Di sisi lain, untuk sampel dengan rasio peracikan yang sama, nilai n′, n″, G0′ dan G0″ (Tabel 5-5) semuanya menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, yang menunjukkan bahwa hidroksipropilasi menurunkan solid- seperti perilaku pati pada suhu tinggi (85°C).Secara khusus, n′ dan n″ dari G80 mendekati 0, menunjukkan perilaku padat yang kuat;sebaliknya, nilai n′ dan n″ dari A1081 mendekati 1, menunjukkan perilaku fluida yang kuat.Nilai n' dan n” ini konsisten dengan data untuk G' dan G”.Selain itu, seperti dapat dilihat dari Gambar 5-9, tingkat substitusi hidroksipropil dapat secara signifikan meningkatkan ketergantungan frekuensi HPS pada suhu tinggi.
Gambar 5-9 Storage modulus (G′) dan loss modulus (G″) vs. frekuensi untuk campuran HPS/HPMC dengan tingkat substitusi hidropropil HPS yang berbeda pada 85 °C
Gambar 5-9 menunjukkan bahwa HPMC menunjukkan perilaku seperti padatan yang khas (G′ > G″) pada suhu 85°C, yang sebagian besar dikaitkan dengan sifat termogelnya.Selain itu, G′ dan G″ dari HPMC bervariasi dengan frekuensi Peningkatannya tidak banyak berubah, menunjukkan bahwa ia tidak memiliki ketergantungan frekuensi yang jelas.
Untuk sistem senyawa HPMC/HPS, nilai n′ dan n″ keduanya mendekati 0, dan G0′ secara signifikan lebih tinggi daripada G0 (Tabel″ 5-5), menegaskan perilakunya yang seperti padat.Di sisi lain, substitusi hidroksipropil yang lebih tinggi dapat mengubah HPS dari perilaku padat menjadi seperti cair, sebuah fenomena yang tidak terjadi dalam larutan majemuk.Selain itu, untuk sistem gabungan yang ditambahkan dengan HPMC, dengan peningkatan frekuensi, baik G' dan G” tetap relatif stabil, dan nilai n' dan n” mendekati nilai HPMC.Semua hasil ini menunjukkan bahwa HPMC mendominasi viskoelastisitas sistem gabungan pada suhu tinggi 85°C.
Tabel 5-5 n′, n″, G0′ dan G0″ untuk HPS/HPMC dengan substitusi hidropropil berbeda dari HPS pada 85 °C sebagaimana ditentukan dari Persamaan.(5-1) dan (5-2)
5.3.6 Morfologi sistem komposit HPMC/HPS
Transisi fase sistem senyawa HPMC/HPS dipelajari dengan mikroskop optik pewarnaan yodium.Sistem senyawa HPMC/HPS dengan rasio senyawa 5:5 diuji pada suhu 25 °C, 45 °C, dan 85 °C.Gambar mikroskop cahaya bernoda di bawah ini ditunjukkan pada Gambar 5-10.Terlihat dari gambar bahwa setelah dicelup dengan yodium, fase HPS diwarnai menjadi lebih gelap, dan fase HPMC menunjukkan warna lebih terang karena tidak dapat dicelup oleh yodium.Oleh karena itu, dua fase HPMC/HPS dapat dibedakan dengan jelas.Pada suhu yang lebih tinggi, luas daerah gelap (fase HPS) bertambah dan luas daerah terang (fase HPMC) berkurang.Secara khusus, pada 25 °C, HPMC (warna cerah) adalah fase kontinyu dalam sistem komposit HPMC/HPS, dan fase HPS bulat kecil (warna gelap) terdispersi dalam fase kontinyu HPMC.Sebaliknya, pada 85 °C, HPMC menjadi fase terdispersi yang sangat kecil dan berbentuk tidak beraturan yang terdispersi dalam fase kontinyu HPS.
Gambar 5-8 Morfologi campuran HPMC/HPS 1:1 yang diwarnai pada 25 °C, 45 °C, dan 85 °C
Dengan kenaikan suhu, seharusnya ada titik peralihan morfologi fasa fasa kontinyu dari HPMC ke HPS dalam sistem senyawa HPMC/HPS.Secara teori, seharusnya terjadi ketika viskositas HPMC dan HPS sama atau sangat mirip.Seperti dapat dilihat dari mikrograf 45 °C pada Gambar 5-10, diagram fase "pulau-laut" yang khas tidak muncul, tetapi fase ko-kontinyu teramati.Pengamatan ini juga menegaskan fakta bahwa transisi fase dari fase kontinyu mungkin telah terjadi pada puncak tan δ dalam kurva faktor-suhu disipasi yang dibahas dalam 5.3.3.
Dapat juga dilihat dari gambar bahwa pada suhu rendah (25 °C), beberapa bagian dari fase terdispersi HPS yang gelap menunjukkan tingkat warna cerah tertentu, yang mungkin karena bagian dari fase HPMC ada pada fase HPS di berupa fase terdispersi.tengah.Secara kebetulan, pada suhu tinggi (85 °C), beberapa partikel gelap kecil terdistribusi dalam fase terdispersi HPMC berwarna cerah, dan partikel gelap kecil ini adalah fase kontinyu HPS.Pengamatan ini menunjukkan bahwa tingkat mesofasa tertentu ada dalam sistem senyawa HPMC-HPS, dengan demikian juga menunjukkan bahwa HPMC memiliki kompatibilitas tertentu dengan HPS.
5.3.7 Diagram skematis transisi fase sistem senyawa HPMC/HPS
Berdasarkan perilaku reologi klasik dari larutan polimer dan titik gel komposit [216, 232] dan perbandingan dengan kompleks yang dibahas dalam makalah, model prinsip untuk transformasi struktur kompleks HPMC/HPS dengan suhu diusulkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. .5-11.
Gambar 5-11 Skema struktur transisi sol-gel HPMC (a);HPS (b);dan HPMC/HPS (c)
Perilaku gel HPMC dan mekanisme transisi larutan-gel terkait telah banyak dipelajari [159, 160, 207, 208].Salah satu yang diterima secara luas adalah bahwa rantai HPMC ada dalam solusi dalam bentuk bundel agregat.Cluster ini saling berhubungan dengan membungkus beberapa struktur selulosa yang tidak tersubstitusi atau sedikit larut, dan terhubung ke daerah yang tersubstitusi dengan agregasi hidrofobik dari gugus metil dan gugus hidroksil.Pada suhu rendah, molekul air membentuk struktur seperti sangkar di luar gugus metil hidrofobik dan struktur cangkang air di luar gugus hidrofilik seperti gugus hidroksil, mencegah HPMC membentuk ikatan hidrogen antar rantai pada suhu rendah.Saat suhu meningkat, HPMC menyerap energi dan struktur sangkar air dan cangkang air ini rusak, yang merupakan kinetika transisi larutan-gel.Pecahnya sangkar air dan cangkang air memaparkan gugus metil dan hidroksipropil ke lingkungan berair, menghasilkan peningkatan volume bebas yang signifikan.Pada suhu yang lebih tinggi, karena asosiasi hidrofobik dari gugus hidrofobik dan asosiasi hidrofilik dari gugus hidrofilik, struktur jaringan tiga dimensi gel akhirnya terbentuk, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5-11(a).
Setelah gelatinisasi pati, amilosa larut dari butiran pati untuk membentuk struktur heliks tunggal berongga, yang terus menerus melilit dan akhirnya menghadirkan keadaan gulungan acak.Struktur heliks tunggal ini membentuk rongga hidrofobik di bagian dalam dan permukaan hidrofilik di bagian luar.Struktur pati yang padat ini memberikan stabilitas yang lebih baik [230-232].Oleh karena itu, HPS ada dalam bentuk gulungan acak variabel dengan beberapa segmen heliks yang terentang dalam larutan berair pada suhu tinggi.Saat suhu menurun, ikatan hidrogen antara HPS dan molekul air terputus dan air yang terikat hilang.Akhirnya, struktur jaringan tiga dimensi terbentuk karena pembentukan ikatan hidrogen antara rantai molekul, dan gel terbentuk, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5-11(b).
Biasanya, ketika dua komponen dengan viskositas yang sangat berbeda digabungkan, komponen dengan viskositas tinggi cenderung membentuk fase terdispersi dan terdispersi dalam fase kontinyu dari komponen dengan viskositas rendah.Pada suhu rendah, viskositas HPMC jauh lebih rendah daripada HPS.Oleh karena itu, HPMC membentuk fase kontinyu yang mengelilingi fase gel HPS dengan viskositas tinggi.Di tepi kedua fase, gugus hidroksil pada rantai HPMC kehilangan sebagian dari air yang terikat dan membentuk ikatan hidrogen antarmolekul dengan rantai molekul HPS.Selama proses pemanasan, rantai molekul HPS bergerak karena menyerap energi yang cukup dan membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air sehingga terjadi pecahnya struktur gel.Pada saat yang sama, struktur sangkar air dan struktur cangkang air pada rantai HPMC dihancurkan dan secara bertahap pecah untuk mengekspos gugus hidrofilik dan gugus hidrofobik.Pada suhu tinggi, HPMC membentuk struktur jaringan gel karena ikatan hidrogen antarmolekul dan asosiasi hidrofobik, dan dengan demikian menjadi fase terdispersi dengan viskositas tinggi yang terdispersi dalam fase kontinu HPS dari gulungan acak, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5-11(c).Oleh karena itu, HPS dan HPMC mendominasi sifat reologi, sifat gel dan fase morfologi gel komposit masing-masing pada suhu rendah dan tinggi.
Pengenalan gugus hidroksipropil ke dalam molekul pati memecah struktur ikatan hidrogen intramolekuler internalnya, sehingga molekul amilosa yang tergelatinisasi berada dalam keadaan bengkak dan meregang, yang meningkatkan volume hidrasi efektif molekul dan menghambat kecenderungan molekul pati untuk terjerat secara acak. dalam larutan berair [362].Oleh karena itu, sifat hidrofilik dan besar dari hidroksipropil membuat rekombinasi rantai molekul amilosa dan pembentukan daerah ikatan silang menjadi sulit [233].Oleh karena itu, dengan penurunan suhu dibandingkan dengan pati alami, HPS cenderung membentuk struktur jaringan gel yang lebih longgar dan lembut.
Dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, terdapat lebih banyak fragmen heliks yang terentang dalam larutan HPS, yang dapat membentuk lebih banyak ikatan hidrogen antarmolekul dengan rantai molekul HPMC pada batas dua fase, sehingga membentuk struktur yang lebih seragam.Selain itu, hidroksipropilasi mengurangi viskositas pati, yang mengurangi perbedaan viskositas antara HPMC dan HPS dalam formulasi.Oleh karena itu, titik transisi fase dalam sistem kompleks HPMC/HPS bergeser ke suhu rendah dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS.Hal ini dapat dipastikan dengan perubahan viskositas yang tiba-tiba dengan suhu sampel yang dilarutkan dalam 5.3.4.
5.4 Ringkasan Bab
Dalam bab ini, larutan senyawa HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda disiapkan, dan pengaruh derajat substitusi hidroksipropil HPS pada sifat reologi dan sifat gel dari sistem senyawa gel dingin dan panas HPMC/HPS diselidiki oleh rheometer.Distribusi fase sistem komposit gel dingin dan panas HPMC/HPS dipelajari dengan analisis mikroskop optik pewarnaan yodium.Temuan utama adalah sebagai berikut:
- Pada suhu kamar, viskositas dan shear thinning larutan senyawa HPMC/HPS menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS.Ini terutama karena pengenalan gugus hidroksipropil ke dalam molekul pati menghancurkan struktur ikatan hidrogen intramolekulnya dan meningkatkan hidrofilisitas pati.
- Pada suhu kamar, viskositas zero-shear h0, indeks aliran n, dan koefisien viskositas K dari larutan senyawa HPMC/HPS dipengaruhi oleh HPMC dan hidroksipropilasi.Dengan meningkatnya kandungan HPMC, viskositas geser nol h0 menurun, indeks aliran n meningkat, dan koefisien viskositas K menurun;viskositas geser nol h0, indeks aliran n dan koefisien viskositas K dari HPS murni semua meningkat dengan hidroksil Dengan meningkatnya derajat substitusi propil, menjadi lebih kecil;tetapi untuk sistem majemuk, viskositas geser nol h0 berkurang dengan bertambahnya derajat substitusi, sedangkan indeks alir n dan konstanta viskositas K meningkat dengan naiknya derajat substitusi.
- Metode pemotongan dengan pra-pencukuran dan thixotropy tiga tahap dapat lebih akurat mencerminkan viskositas, sifat aliran dan thixotropy dari larutan senyawa.
- Daerah viskoelastik linier dari sistem senyawa HPMC/HPS menyempit dengan penurunan derajat substitusi hidroksipropil dari HPS.
- Dalam sistem senyawa gel dingin-panas ini, HPMC dan HPS dapat membentuk fase kontinyu masing-masing pada suhu rendah dan tinggi.Perubahan struktur fasa ini secara signifikan dapat mempengaruhi viskositas kompleks, sifat viskoelastik, ketergantungan frekuensi dan sifat gel dari gel kompleks.
- Sebagai fase terdispersi, HPMC dan HPS dapat menentukan sifat reologi dan sifat gel sistem senyawa HPMC/HPS masing-masing pada suhu tinggi dan rendah.Kurva viskoelastik sampel komposit HPMC/HPS konsisten dengan HPS pada suhu rendah dan HPMC pada suhu tinggi.
- Tingkat modifikasi kimia yang berbeda dari struktur pati juga memiliki pengaruh yang signifikan terhadap sifat gel.Hasil menunjukkan bahwa viskositas kompleks, modulus penyimpanan, dan modulus kehilangan semua menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS.Oleh karena itu, hidroksipropilasi pati asli dapat merusak susunannya dan meningkatkan hidrofilisitas pati sehingga menghasilkan tekstur gel yang lembut.
- Hidroksipropilasi dapat mengurangi sifat padat larutan pati pada suhu rendah dan sifat cair pada suhu tinggi.Pada suhu rendah, nilai n′ dan n″ menjadi lebih besar dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS;pada suhu tinggi, nilai n′ dan n″ menjadi lebih kecil dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS.
- Hubungan antara struktur mikro, sifat reologi dan sifat gel dari sistem komposit HPMC/HPS ditetapkan.Baik perubahan tiba-tiba pada kurva viskositas sistem gabungan dan puncak tan δ pada kurva faktor kerugian muncul pada 45 °C, yang konsisten dengan fenomena fase co-kontinu yang diamati pada mikrograf (pada 45 °C).
Singkatnya, sistem komposit gel dingin-panas HPMC / HPS menunjukkan morfologi dan sifat fase yang dikontrol suhu khusus.Melalui berbagai modifikasi kimia pati dan selulosa, sistem senyawa gel dingin dan panas HPMC/HPS dapat digunakan untuk pengembangan dan penerapan bahan cerdas bernilai tinggi.
Bab 6 Pengaruh Derajat Substitusi HPS terhadap Sifat dan Kompatibilitas Sistem Membran Komposit HPMC/HPS
Dapat dilihat dari Bab 5 bahwa perubahan struktur kimia komponen dalam sistem senyawa menentukan perbedaan sifat reologi, sifat gel dan sifat pemrosesan lain dari sistem senyawa.Kinerja keseluruhan memiliki dampak yang signifikan.
Bab ini berfokus pada pengaruh struktur kimia komponen terhadap struktur mikro dan sifat makroskopik membran komposit HPMC/HPS.Dikombinasikan dengan pengaruh Bab 5 pada sifat reologi dari sistem komposit, sifat reologi dari sistem komposit HPMC/HPS ditetapkan- hubungan antara sifat film.
6.1 Bahan dan Peralatan
6.1.1 Bahan percobaan utama
6.1.2 Instrumen dan peralatan utama
6.2 Metode Eksperimen
6.2.1 Pembuatan membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
Total konsentrasi larutan senyawa adalah 8% (b/b), rasio senyawa HPMC/HPS adalah 10:0, 5:5, 0:10, plasticizer adalah 2,4% (b/b) polietilen glikol, dapat dimakan film komposit HPMC/HPS dibuat dengan metode pengecoran.Untuk metode penyiapan khusus, lihat 3.2.1.
6.2.2 Struktur mikrodomain membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
6.2.2.1 Prinsip analisis mikrostruktur hamburan sinar-X sudut kecil radiasi sinkrotron
Hamburan Sinar-X Malaikat Kecil (SAXS) mengacu pada fenomena hamburan yang disebabkan oleh sinar-X yang menyinari sampel yang diuji dalam sudut kecil yang dekat dengan sinar-X.Berdasarkan perbedaan densitas elektron skala nano antara penghambur dan media sekitarnya, hamburan sinar-X sudut kecil umumnya digunakan dalam studi bahan polimer padat, koloid, dan cair dalam rentang skala nano.Dibandingkan dengan teknologi difraksi sinar-X sudut lebar, SAXS dapat memperoleh informasi struktural dalam skala yang lebih besar, yang dapat digunakan untuk menganalisis konformasi rantai molekul polimer, struktur periode panjang, dan struktur fase serta distribusi fase sistem kompleks polimer .Sumber cahaya sinar-X Synchrotron adalah jenis baru dari sumber cahaya berkinerja tinggi, yang memiliki keunggulan kemurnian tinggi, polarisasi tinggi, pulsa sempit, kecerahan tinggi, dan kolimasi tinggi, sehingga dapat memperoleh informasi struktural skala nano dari bahan lebih cepat. dan akurat.Menganalisis spektrum SAXS dari zat yang diukur secara kualitatif dapat memperoleh keseragaman kerapatan awan elektron, keseragaman kerapatan awan elektron fase tunggal (deviasi positif dari teorema Porod atau Debye), dan kejelasan antarmuka dua fase (deviasi negatif dari Porod atau teorema Debye).), keserupaan diri pencar (apakah itu memiliki fitur fraktal), dispersi pencar (monodispersitas atau polidispersitas yang ditentukan oleh Guinier) dan informasi lainnya, dan dimensi fraktal pencar, radius girasi, dan lapisan rata-rata unit berulang juga dapat diperoleh secara kuantitatif.Ketebalan, ukuran rata-rata, fraksi volume penghambur, luas permukaan spesifik, dan parameter lainnya.
6.2.2.2 Metode pengujian
Di Pusat Radiasi Synchrotron Australia (Clayton, Victoria, Australia), sumber radiasi sinkrotron generasi ketiga yang canggih di dunia (fluks 1013 foton/detik, panjang gelombang 1,47 Å) digunakan untuk menentukan struktur mikro-domain dan informasi terkait lainnya dari komposit. film.Pola hamburan dua dimensi dari sampel uji dikumpulkan oleh detektor Pilatus 1M (area 169 × 172 μm, ukuran piksel 172 × 172 μm), dan sampel yang diukur berada dalam kisaran 0,015 < q < 0,15 Å−1 ( q adalah vektor hamburan) Kurva hamburan sinar-X sudut kecil satu dimensi dalam diperoleh dari pola hamburan dua dimensi oleh perangkat lunak ScatterBrain, dan vektor hamburan q dan sudut hamburan 2 dikonversi dengan rumus i / , dimana adalah panjang gelombang sinar-X.Semua data telah dinormalisasi sebelum analisis data.
6.2.3 Analisis termogravimetri membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
6.2.3.1 Prinsip analisis termogravimetri
Sama seperti 3.2.5.1
6.2.3.2 Metode pengujian
Lihat 3.2.5.2
6.2.4 Sifat tarik film komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
6.2.4.1 Prinsip analisis sifat tarik
Sama seperti 3.2.6.1
6.2.4.2 Metode pengujian
Lihat 3.2.6.2
Menggunakan standar ISO37, dipotong menjadi splines berbentuk halter, dengan panjang total 35mm, jarak antara garis penandaan 12mm, dan lebar 2mm.Semua benda uji diseimbangkan pada kelembaban 75% selama lebih dari 3 hari.
6.2.5 Permeabilitas oksigen membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
6.2.5.1 Prinsip analisis permeabilitas oksigen
Sama seperti 3.2.7.1
6.2.5.2 Metode pengujian
Lihat 3.2.7.2
6.3 Hasil dan Pembahasan
6.3.1 Analisis struktur kristal film komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
Gambar 6-1 menunjukkan spektrum hamburan sinar-X sudut kecil dari film komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda.Dapat dilihat dari gambar bahwa dalam rentang skala yang relatif besar q > 0,3 Å (2θ > 40), puncak karakteristik yang jelas muncul di semua sampel membran.Dari pola hamburan sinar-X film komponen murni (Gbr. 6-1a), HPMC murni memiliki puncak karakteristik hamburan sinar-X yang kuat pada 0,569 Å, menunjukkan bahwa HPMC memiliki puncak hamburan sinar-X pada sudut lebar. wilayah 7,70 (2θ > 50).Puncak karakteristik kristal, menunjukkan bahwa HPMC memiliki struktur kristal tertentu di sini.Baik sampel film pati A939 dan A1081 murni menunjukkan puncak hamburan sinar-X yang berbeda pada 0,397 Å, menunjukkan bahwa HPS memiliki puncak karakteristik kristal di daerah sudut lebar 5,30, yang sesuai dengan puncak kristal tipe-B dari pati.Terlihat jelas dari gambar bahwa A939 dengan substitusi hidroksipropil rendah memiliki luas puncak yang lebih besar daripada A1081 dengan substitusi tinggi.Hal ini terutama karena masuknya gugus hidroksipropil ke dalam rantai molekul pati memecah struktur tatanan awal molekul pati, meningkatkan kesulitan penataan ulang dan ikatan silang antara rantai molekul pati, dan mengurangi tingkat rekristalisasi pati.Dengan meningkatnya derajat substitusi gugus hidroksipropil, efek penghambatan gugus hidroksipropil pada rekristalisasi pati semakin jelas.
Dapat dilihat dari spektrum hamburan sinar-X sudut kecil dari sampel komposit (Gbr. 6-1b) bahwa film komposit HPMC-HPS semuanya menunjukkan puncak karakteristik yang jelas pada 0,569 Å dan 0,397 Å, sesuai dengan kristal 7,70 HPMC. puncak karakteristik, masing-masing.Area puncak kristalisasi HPS dari film komposit HPMC/A939 secara signifikan lebih besar daripada film komposit HPMC/A1081.Penataan ulang ditekan, yang konsisten dengan variasi area puncak kristalisasi HPS dengan tingkat substitusi hidroksipropil dalam film komponen murni.Luas puncak kristal yang sesuai dengan HPMC pada 7,70 untuk membran komposit dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda tidak banyak berubah.Dibandingkan dengan spektrum sampel komponen murni (Gbr. 5-1a), area puncak kristalisasi HPMC dan puncak kristalisasi HPS dari sampel komposit menurun, yang menunjukkan bahwa melalui kombinasi keduanya, HPMC dan HPS dapat efektif untuk kelompok lain.Fenomena rekristalisasi bahan pemisahan film memainkan peran penghambatan tertentu.
Gambar 6-1 Spektrum SAXS dari film campuran HPMC/HPS dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil dari HPS
Kesimpulannya, peningkatan derajat substitusi hidroksipropil HPS dan penggabungan kedua komponen dapat menghambat fenomena rekristalisasi membran komposit HPMC/HPS sampai batas tertentu.Peningkatan derajat substitusi hidroksipropil HPS terutama menghambat rekristalisasi HPS dalam membran komposit, sedangkan senyawa dua komponen memainkan peran penghambatan tertentu dalam rekristalisasi HPS dan HPMC dalam membran komposit.
6.3.2 Analisis struktur fraktal self-similar membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
Panjang rantai rata-rata (R) molekul polisakarida seperti molekul pati dan molekul selulosa berada pada kisaran 1000-1500 nm, dan q berada pada kisaran 0,01-0,1 Å-1, dengan qR >> 1. Menurut Rumus Porod, sampel film polisakarida dapat dilihat Hubungan antara intensitas hamburan sinar-X sudut kecil dan sudut hamburan adalah:
Di antaranya, I(q) adalah intensitas hamburan sinar-X sudut kecil;
q adalah sudut hamburan;
α adalah kemiringan Porod.
Kemiringan Porod α terkait dengan struktur fraktal.Jika α < 3, menunjukkan struktur material relatif longgar, permukaan scatterer halus, dan merupakan fraktal massa, dan dimensi fraktalnya D = α;jika 3 < α < 4, menunjukkan struktur material padat dan scatterer adalah permukaan kasar yang merupakan fraktal permukaan, dan dimensi fraktalnya D = 6 – α.
Gambar 6-2 menunjukkan plot lnI(q)-lnq membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda.Dapat dilihat dari gambar bahwa semua sampel menyajikan struktur fraktal yang mirip diri sendiri dalam kisaran tertentu, dan kemiringan Porod α kurang dari 3, menunjukkan bahwa film komposit menyajikan fraktal massa, dan permukaan film komposit relatif mulus.Dimensi fraktal massa membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda ditunjukkan pada Tabel 6-1.
Tabel 6-1 menunjukkan dimensi fraktal membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda.Dapat dilihat dari tabel bahwa untuk sampel HPS murni, dimensi fraktal A939 yang disubstitusi dengan hidroksipropil rendah jauh lebih tinggi daripada A1081 yang disubstitusi dengan hidroksipropil tinggi, yang menunjukkan bahwa dengan peningkatan derajat substitusi hidroksipropil, di membran Kepadatan struktur serupa diri berkurang secara signifikan.Ini karena pengenalan gugus hidroksipropil pada rantai molekul pati secara signifikan menghambat ikatan timbal balik segmen HPS, yang mengakibatkan penurunan kepadatan struktur serupa diri dalam film.Gugus hidroksipropil hidrofilik dapat membentuk ikatan hidrogen antarmolekul dengan molekul air, mengurangi interaksi antar segmen molekul;gugus hidroksipropil yang lebih besar membatasi rekombinasi dan ikatan silang antara segmen molekul pati, sehingga dengan meningkatnya tingkat substitusi hidroksipropil, HPS membentuk struktur serupa diri yang lebih longgar.
Untuk sistem senyawa HPMC/A939, dimensi fraktal HPS lebih tinggi daripada HPMC, karena pati mengalami rekristalisasi, dan struktur yang lebih teratur terbentuk di antara rantai molekul, yang mengarah ke struktur serupa diri di dalam membran. .Kepadatan tinggi.Dimensi fraktal dari sampel senyawa lebih rendah daripada dua komponen murni, karena melalui penggabungan, pengikatan timbal balik dari segmen molekul dari dua komponen terhalang satu sama lain, mengakibatkan kepadatan struktur yang mirip diri berkurang.Sebaliknya, dalam sistem senyawa HPMC/A1081, dimensi fraktal HPS jauh lebih rendah daripada HPMC.Ini karena masuknya gugus hidroksipropil dalam molekul pati secara signifikan menghambat rekristalisasi pati.Struktur serupa diri pada kayu lebih longgar.Pada saat yang sama, dimensi fraktal sampel senyawa HPMC/A1081 lebih tinggi daripada HPS murni, yang juga berbeda secara signifikan dari sistem senyawa HPMC/A939.Struktur mirip diri, molekul HPMC seperti rantai dapat memasuki rongga strukturnya yang longgar, sehingga meningkatkan kepadatan struktur mirip diri HPS, yang juga menunjukkan bahwa HPS dengan substitusi hidroksipropil tinggi dapat membentuk kompleks yang lebih seragam setelah peracikan. dengan HPMC.bahan-bahan.Dari data sifat reologi terlihat bahwa hidroksipropilasi dapat mengurangi viskositas pati, sehingga selama proses peracikan, perbedaan viskositas antara kedua komponen dalam sistem peracikan berkurang, yang lebih kondusif untuk pembentukan homogen. menggabungkan.
Gambar 6-2 Pola lnI(q)-lnq dan kurva kesesuaiannya untuk film campuran HPMC/HPS dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS
Tabel 6-1 Parameter struktur fraktal film campuran HPS/HPMC dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS
Untuk membran komposit dengan rasio peracikan yang sama, dimensi fraktal juga menurun dengan meningkatnya derajat substitusi gugus hidroksipropil.Pengenalan hidroksipropil ke dalam molekul HPS dapat mengurangi ikatan timbal balik segmen polimer dalam sistem senyawa, sehingga mengurangi kepadatan membran komposit;HPS dengan substitusi hidroksipropil tinggi memiliki kompatibilitas yang lebih baik dengan HPMC, Lebih mudah membentuk senyawa yang seragam dan padat.Oleh karena itu, densitas struktur self-similar dalam membran komposit menurun dengan meningkatnya derajat substitusi HPS, yang merupakan hasil dari pengaruh bersama derajat substitusi hidroksipropil HPS dan kompatibilitas dua komponen dalam komposit. sistem.
6.3.3 Analisis stabilitas termal film komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
Alat analisis termogravimetri digunakan untuk menguji stabilitas termal film komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda.Gambar 6-3 menunjukkan kurva termogravimetri (TGA) dan kurva laju penurunan beratnya (DTG) dari film komposit dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS.Terlihat dari kurva TGA pada Gambar 6-3(a) bahwa sampel membran komposit dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda.Ada dua tahap perubahan termogravimetri yang jelas dengan kenaikan suhu.Pertama, ada tahap penurunan berat badan yang kecil pada 30~180 °C, yang terutama disebabkan oleh penguapan air yang diserap oleh makromolekul polisakarida.Ada fase penurunan berat badan yang besar pada 300~450 °C, yang merupakan fase degradasi termal nyata, terutama disebabkan oleh degradasi termal HPMC dan HPS.Dapat juga dilihat dari gambar bahwa kurva penurunan berat HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda serupa dan berbeda secara signifikan dengan HPMC.Antara dua jenis kurva penurunan berat badan untuk sampel HPMC murni dan HPS murni.
Dari kurva DTG pada Gambar 6-3(b), terlihat bahwa suhu degradasi termal HPS murni dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda sangat dekat, dan suhu puncak degradasi termal sampel A939 dan A081 adalah 310 °C dan 305 °C, masing-masing Suhu puncak degradasi termal sampel HPMC murni secara signifikan lebih tinggi daripada HPS, dan suhu puncaknya adalah 365 °C;Film komposit HPMC/HPS memiliki dua puncak degradasi termal pada kurva DTG, masing-masing sesuai dengan degradasi termal HPS dan HPMC.Puncak karakteristik, yang menunjukkan adanya derajat pemisahan fasa tertentu dalam sistem komposit dengan rasio komposit 5:5, yang konsisten dengan hasil degradasi termal film komposit dengan rasio komposit 5:5 pada Bab 3 Suhu puncak degradasi termal sampel film komposit HPMC/A939 masing-masing adalah 302 °C dan 363 °C;suhu puncak degradasi termal sampel film komposit HPMC/A1081 masing-masing adalah 306 °C dan 363 °C.Suhu puncak sampel film komposit bergeser ke suhu yang lebih rendah daripada sampel komponen murni, yang menunjukkan bahwa stabilitas termal sampel komposit berkurang.Untuk sampel dengan rasio peracikan yang sama, suhu puncak degradasi termal menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, menunjukkan bahwa stabilitas termal film komposit menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil.Ini karena pengenalan gugus hidroksipropil ke dalam molekul pati mengurangi interaksi antara segmen molekul dan menghambat penataan ulang molekul secara teratur.Hal ini konsisten dengan hasil bahwa densitas struktur serupa diri menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil.
Gambar 6-3 Kurva TGA (a) dan kurva turunannya (DTG) (b) film campuran HPMC/HPS dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS
6.3.4 Analisis sifat mekanik membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
Gambar 6-5 Sifat tarik film HPMC/HPS dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS
Sifat tarik film komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda diuji dengan penganalisa sifat mekanik pada suhu 25 °C dan kelembaban relatif 75%.Gambar 6-5 menunjukkan modulus elastisitas (a), perpanjangan putus (b) dan kekuatan tarik (c) film komposit dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda.Dapat dilihat dari gambar bahwa untuk sistem kompon HPMC/A1081, dengan peningkatan kandungan HPS, modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit berangsur-angsur menurun, dan perpanjangan putus meningkat secara signifikan, yang konsisten dengan 3.3. 5 kelembaban sedang dan tinggi.Hasil membran komposit dengan rasio peracikan berbeda konsisten.
Untuk membran HPS murni, modulus elastisitas dan kekuatan tarik meningkat dengan penurunan derajat substitusi hidroksipropil HPS, menunjukkan bahwa hidroksipropilasi mengurangi kekakuan membran komposit dan meningkatkan fleksibilitasnya.Hal ini terutama karena dengan peningkatan derajat substitusi hidroksipropil, hidrofilisitas HPS meningkat, dan struktur membran menjadi lebih longgar, yang konsisten dengan hasil bahwa dimensi fraktal menurun dengan peningkatan derajat substitusi di sudut kecil X- uji hamburan sinar.Namun, perpanjangan putus berkurang dengan penurunan derajat substitusi gugus hidroksipropil HPS, yang terutama karena masuknya gugus hidroksipropil ke dalam molekul pati dapat menghambat rekristalisasi pati.Hasilnya konsisten dengan peningkatan dan penurunan.
Untuk membran komposit HPMC/HPS dengan rasio senyawa yang sama, modulus elastisitas bahan membran meningkat dengan penurunan derajat substitusi hidroksipropil HPS, dan kekuatan tarik dan perpanjangan putus keduanya menurun dengan penurunan derajat substitusi.Perlu dicatat bahwa sifat mekanik dari membran komposit sangat bervariasi dengan rasio peracikan dengan tingkat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda.Hal ini terutama karena sifat mekanik membran komposit tidak hanya dipengaruhi oleh tingkat substitusi HPS pada struktur membran, tetapi juga oleh kompatibilitas antar komponen dalam sistem senyawa.Viskositas HPS menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, lebih disukai untuk membentuk senyawa yang seragam dengan peracikan.
6.3.5 Analisis permeabilitas oksigen membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda
Oksidasi yang disebabkan oleh oksigen merupakan tahap awal dalam banyak cara menyebabkan pembusukan makanan, sehingga film komposit yang dapat dimakan dengan sifat penghalang oksigen tertentu dapat meningkatkan kualitas makanan dan memperpanjang umur simpan makanan [108, 364].Oleh karena itu, laju transmisi oksigen dari membran komposit HPMC/HPS dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda diukur, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5-6.Dapat dilihat dari gambar bahwa permeabilitas oksigen dari semua membran HPS murni jauh lebih rendah daripada membran HPMC murni, yang menunjukkan bahwa membran HPS memiliki sifat penghalang oksigen yang lebih baik daripada membran HPMC, yang konsisten dengan hasil sebelumnya.Untuk membran HPS murni dengan tingkat substitusi hidroksipropil yang berbeda, laju transmisi oksigen meningkat dengan meningkatnya derajat substitusi, yang menunjukkan bahwa area permeasi oksigen dalam bahan membran meningkat.Hal ini sesuai dengan analisis struktur mikro hamburan sinar-X sudut kecil bahwa struktur membran menjadi lebih longgar dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, sehingga saluran perembesan oksigen di dalam membran menjadi lebih besar, dan oksigen di dalam membran menjadi lebih besar. meresap Ketika area meningkat, laju transmisi oksigen juga meningkat secara bertahap.
Gambar 6-6 Permeabilitas oksigen film HPS/HPMC dengan berbagai derajat substitusi hidroksipropil HPS
Untuk membran komposit dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda, laju transmisi oksigen menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil.Hal ini terutama karena dalam sistem peracikan 5:5, HPS ada dalam bentuk fase terdispersi dalam fase kontinyu HPMC dengan viskositas rendah, dan viskositas HPS menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil.Semakin kecil perbedaan viskositas, semakin kondusif untuk pembentukan senyawa homogen, semakin berliku saluran perembesan oksigen dalam bahan membran, dan semakin kecil laju transmisi oksigen.
6.4 Ringkasan Bab
Dalam bab ini, film komposit HPMC/HPS dibuat dengan menuang HPS dan HPMC dengan derajat substitusi hidroksipropil yang berbeda, dan menambahkan polietilen glikol sebagai pemlastis.Pengaruh derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda pada struktur kristal dan struktur mikrodomain membran komposit dipelajari dengan teknologi hamburan sinar-X sudut kecil radiasi sinkrotron.Efek dari derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda pada stabilitas termal, sifat mekanik dan permeabilitas oksigen membran komposit dan hukumnya dipelajari oleh penganalisa termogravimetri, penguji sifat mekanik dan penguji permeabilitas oksigen.Temuan utama adalah sebagai berikut:
- Untuk membran komposit HPMC/HPS dengan rasio compounding yang sama, dengan peningkatan derajat substitusi hidroksipropil, luas puncak kristalisasi yang sesuai dengan HPS pada 5,30 menurun, sedangkan luas puncak kristalisasi yang sesuai dengan HPMC pada 7,70 tidak banyak berubah, hal ini menunjukkan bahwa hidroksipropilasi pati dapat menghambat rekristalisasi pati pada film komposit.
- Dibandingkan dengan membran komponen murni HPMC dan HPS, area puncak kristalisasi HPS (5.30) dan HPMC (7.70) membran komposit berkurang, yang menunjukkan bahwa melalui kombinasi keduanya, HPMC dan HPS dapat efektif dalam membran komposit.Rekristalisasi komponen lain memainkan peran penghambatan tertentu.
- Semua membran komposit HPMC/HPS menunjukkan struktur fraktal massa yang serupa.Untuk membran komposit dengan rasio senyawa yang sama, densitas bahan membran menurun secara signifikan dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil;substitusi hidroksipropil HPS rendah Kepadatan bahan membran komposit secara signifikan lebih rendah daripada bahan dua komponen murni, sedangkan kerapatan bahan membran komposit dengan tingkat substitusi hidroksipropil HPS tinggi lebih tinggi daripada membran HPS murni, yaitu terutama karena kepadatan bahan membran komposit dipengaruhi pada waktu yang sama.Efek hidroksipropilasi HPS pada pengurangan pengikatan segmen polimer dan kompatibilitas antara dua komponen sistem senyawa.
- Hidroksipropilasi HPS dapat mengurangi stabilitas termal film komposit HPMC/HPS, dan suhu puncak degradasi termal film komposit bergeser ke daerah suhu rendah dengan peningkatan derajat substitusi hidroksipropil, yang disebabkan oleh gugus hidroksipropil dalam molekul pati.Pengenalan mengurangi interaksi antara segmen molekul dan menghambat penataan ulang molekul secara teratur.
- Modulus elastisitas dan kekuatan tarik membran HPS murni menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS, sedangkan perpanjangan putus meningkat.Ini terutama karena hidroksipropilasi menghambat rekristalisasi pati dan membuat film komposit membentuk struktur yang lebih longgar.
- Modulus elastisitas film komposit HPMC/HPS menurun dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS, tetapi kekuatan tarik dan perpanjangan putus meningkat, karena sifat mekanik film komposit tidak terpengaruh oleh derajat substitusi hidroksipropil HPS.Selain pengaruh dari, juga dipengaruhi oleh kompatibilitas dari dua komponen sistem majemuk.
- Permeabilitas oksigen HPS murni meningkat dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, karena hidroksipropilasi mengurangi densitas daerah amorf HPS dan meningkatkan luas permeasi oksigen dalam membran;Membran komposit HPMC / HPS Permeabilitas oksigen menurun dengan peningkatan derajat substitusi hidroksipropil, yang terutama karena HPS hiperhidroksipropilasi memiliki kompatibilitas yang lebih baik dengan HPMC, yang mengarah pada peningkatan tortuositas saluran permeasi oksigen dalam membran komposit.Mengurangi permeabilitas oksigen.
Hasil percobaan di atas menunjukkan bahwa sifat makroskopik seperti sifat mekanik, stabilitas termal dan permeabilitas oksigen membran komposit HPMC/HPS terkait erat dengan struktur kristal internal dan struktur daerah amorf, yang tidak hanya dipengaruhi oleh substitusi hidroksipropil HPS, tetapi juga juga oleh kompleks.Pengaruh kompatibilitas dua komponen sistem ligan.
Kesimpulan dan Outlook
- Kesimpulan
Dalam makalah ini, HPMC gel termal dan HPS gel dingin digabungkan, dan sistem senyawa gel balik dingin dan panas HPMC / HPS dibangun.Konsentrasi larutan, rasio peracikan dan efek geser pada sistem senyawa dipelajari secara sistematis pengaruh sifat reologi seperti viskositas, indeks aliran dan thixotropy, dikombinasikan dengan sifat mekanik, sifat termomekanis dinamis, permeabilitas oksigen, sifat transmisi cahaya dan stabilitas termal dari film komposit yang dibuat dengan metode pengecoran.Sifat komprehensif, dan pencelupan anggur yodium kompatibilitas, transisi fase dan morfologi fase dari sistem komposit dipelajari dengan mikroskop optik, dan hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik HPMC / HPS ditetapkan.Untuk mengontrol sifat-sifat komposit dengan mengendalikan struktur fase dan kompatibilitas sistem komposit HPMC/HPS sesuai dengan hubungan antara sifat makroskopik dan struktur mikromorfologi sistem komposit HPMC/HPS.Dengan mempelajari efek HPS yang dimodifikasi secara kimiawi dengan derajat yang berbeda pada sifat reologi, sifat gel, struktur mikro dan sifat makroskopis membran, hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik sistem gel invers dingin dan panas HPMC/HPS diselidiki lebih lanjut.Hubungan antara keduanya, dan model fisik dibuat untuk mengklarifikasi mekanisme gelasi dan faktor-faktor yang mempengaruhinya serta hukum gel dingin dan panas dalam sistem senyawa.Studi yang relevan telah menarik kesimpulan berikut.
- Mengubah rasio peracikan sistem senyawa HPMC/HPS dapat secara signifikan meningkatkan sifat reologi seperti viskositas, fluiditas dan thixotropy HPMC pada suhu rendah.Hubungan antara sifat reologi dan struktur mikro dari sistem senyawa dipelajari lebih lanjut.Hasil spesifiknya adalah sebagai berikut:
(1) Pada suhu rendah, sistem senyawa adalah struktur "pulau laut" fase terdispersi fase kontinu, dan transisi fase kontinu terjadi pada 4: 6 dengan penurunan rasio senyawa HPMC / HPS.Ketika rasio peracikan tinggi (kandungan HPMC lebih banyak), HPMC dengan viskositas rendah adalah fase kontinyu, dan HPS adalah fase terdispersi.Untuk sistem kompon HPMC/HPS, ketika komponen dengan viskositas rendah adalah fasa kontinyu dan komponen dengan viskositas tinggi adalah fasa kontinyu, kontribusi viskositas fasa kontinyu terhadap viskositas sistem kompon berbeda secara signifikan.Ketika HPMC dengan viskositas rendah adalah fase kontinu, viskositas sistem senyawa terutama mencerminkan kontribusi viskositas fase kontinu;ketika HPS viskositas tinggi adalah fase kontinyu, HPMC sebagai fase terdispersi akan mengurangi viskositas HPS viskositas tinggi.memengaruhi.Dengan meningkatnya kandungan HPS dan konsentrasi larutan dalam sistem senyawa, fenomena viskositas dan penipisan geser dari sistem senyawa secara bertahap meningkat, fluiditas menurun, dan perilaku padat dari sistem senyawa meningkat.Viskositas dan thixotropy HPMC diseimbangkan dengan formulasi dengan HPS.
(2) Untuk sistem peracikan 5:5, HPMC dan HPS dapat membentuk fase kontinyu masing-masing pada suhu rendah dan tinggi.Perubahan struktur fasa ini secara signifikan dapat mempengaruhi viskositas kompleks, sifat viskoelastik, ketergantungan frekuensi dan sifat gel dari gel kompleks.Sebagai fase terdispersi, HPMC dan HPS dapat menentukan sifat reologi dan sifat gel sistem senyawa HPMC/HPS masing-masing pada suhu tinggi dan rendah.Kurva viskoelastik sampel komposit HPMC/HPS konsisten dengan HPS pada suhu rendah dan HPMC pada suhu tinggi.
(3) Hubungan antara struktur mikro, sifat reologi dan sifat gel dari sistem komposit HPMC/HPS ditetapkan.Baik perubahan tiba-tiba pada kurva viskositas sistem gabungan dan puncak tan delta pada kurva faktor kerugian muncul pada 45 °C, yang konsisten dengan fenomena fase co-kontinyu yang diamati pada mikrograf (pada 45 °C).
- Dengan mempelajari struktur mikro dan sifat mekanik, sifat termomekanis dinamis, transmisi cahaya, permeabilitas oksigen dan stabilitas termal dari membran komposit yang disiapkan di bawah rasio peracikan dan konsentrasi larutan yang berbeda, dikombinasikan dengan teknologi mikroskop optik pencelupan yodium, penelitian Morfologi fase, transisi fase dan kompatibilitas dari kompleks diselidiki, dan hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik dari kompleks ditetapkan.Hasil spesifiknya adalah sebagai berikut:
(1) Tidak ada antarmuka dua fase yang jelas dalam gambar SEM dari film komposit dengan rasio peracikan yang berbeda.Sebagian besar film komposit hanya memiliki satu titik transisi kaca pada hasil DMA, dan sebagian besar film komposit hanya memiliki satu puncak degradasi termal pada kurva DTG.Ini bersama-sama menunjukkan bahwa HPMC memiliki kompatibilitas tertentu dengan HPS.
(2) Kelembaban relatif memiliki pengaruh yang signifikan terhadap sifat mekanik film komposit HPMC/HPS, dan tingkat pengaruhnya meningkat dengan meningkatnya kandungan HPS.Pada kelembaban relatif yang lebih rendah, baik modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit meningkat dengan meningkatnya kandungan HPS, dan pemanjangan putus film komposit secara signifikan lebih rendah daripada film komponen murni.Dengan peningkatan kelembaban relatif, modulus elastisitas dan kekuatan tarik film komposit menurun, dan perpanjangan putus meningkat secara signifikan, dan hubungan antara sifat mekanik film komposit dan rasio peracikan menunjukkan pola perubahan yang sepenuhnya berlawanan di bawah kondisi yang berbeda. kelembaban relatif.Sifat mekanik dari membran komposit dengan rasio peracikan yang berbeda menunjukkan perpotongan pada kondisi kelembaban relatif yang berbeda, yang memberikan kemungkinan untuk mengoptimalkan kinerja produk sesuai dengan kebutuhan aplikasi yang berbeda.
(3) Hubungan antara struktur mikro, transisi fase, transparansi dan sifat mekanik dari sistem komposit HPMC/HPS ditetapkan.A.Titik transparansi terendah dari sistem senyawa konsisten dengan titik transisi fase HPMC dari fase kontinyu ke fase terdispersi dan titik minimum penurunan modulus tarik.B.Modulus Young dan pemanjangan putus menurun dengan meningkatnya konsentrasi larutan, yang berhubungan dengan perubahan morfologi HPMC dari fase kontinyu menjadi fase terdispersi dalam sistem senyawa.
(4) Penambahan HPS meningkatkan tortuositas saluran permeasi oksigen dalam membran komposit, secara signifikan mengurangi permeabilitas oksigen membran, dan meningkatkan kinerja penghalang oksigen membran HPMC.
- Pengaruh modifikasi kimia HPS pada sifat reologi sistem komposit dan sifat komprehensif membran komposit seperti struktur kristal, struktur daerah amorf, sifat mekanik, permeabilitas oksigen, dan stabilitas termal dipelajari.Hasil spesifiknya adalah sebagai berikut:
(1) hidroksipropilasi HPS dapat mengurangi viskositas sistem senyawa pada suhu rendah, meningkatkan fluiditas larutan senyawa, dan mengurangi fenomena penipisan geser;hidroksipropilasi HPS dapat mempersempit daerah viskoelastik linier dari sistem senyawa, mengurangi suhu transisi fase dari sistem senyawa HPMC/HPS, dan meningkatkan perilaku padat dari sistem senyawa pada suhu rendah dan fluiditas pada suhu tinggi.
(2) Hidroksipropilasi HPS dan peningkatan kompatibilitas kedua komponen dapat secara signifikan menghambat rekristalisasi pati dalam membran, dan mendorong pembentukan struktur serupa diri yang lebih longgar dalam membran komposit.Pengenalan gugus hidroksipropil besar pada rantai molekul pati membatasi pengikatan timbal balik dan penataan ulang segmen molekul HPS secara teratur, menghasilkan pembentukan struktur HPS yang mirip diri yang lebih longgar.Untuk sistem yang kompleks, peningkatan derajat substitusi hidroksipropil memungkinkan molekul HPMC yang mirip rantai untuk memasuki daerah rongga longgar HPS, yang meningkatkan kompatibilitas sistem yang kompleks dan meningkatkan kepadatan struktur HPS yang mirip diri.Kompatibilitas sistem senyawa meningkat dengan meningkatnya derajat substitusi gugus hidroksipropil, yang konsisten dengan hasil sifat reologi.
(3) Sifat makroskopis seperti sifat mekanik, stabilitas termal dan permeabilitas oksigen membran komposit HPMC/HPS terkait erat dengan struktur kristal internal dan struktur daerah amorf.Efek gabungan dari dua efek kompatibilitas dari dua komponen.
- Dengan mempelajari efek konsentrasi larutan, suhu dan modifikasi kimiawi HPS pada sifat reologi sistem senyawa, mekanisme gelasi sistem senyawa gel invers panas-dingin HPMC/HPS dibahas.Hasil spesifiknya adalah sebagai berikut:
(1) Ada konsentrasi kritis (8%) dalam sistem senyawa, di bawah konsentrasi kritis, HPMC dan HPS ada di rantai molekul independen dan daerah fase;ketika konsentrasi kritis tercapai, fase HPS terbentuk dalam larutan sebagai kondensat.Pusat gel adalah struktur mikrogel yang dihubungkan oleh jalinan rantai molekul HPMC;di atas konsentrasi kritis, jalinan lebih kompleks dan interaksi lebih kuat, dan larutan menunjukkan perilaku yang mirip dengan lelehan polimer.
(2) Sistem yang kompleks memiliki titik transisi fase kontinyu dengan perubahan suhu, yang terkait dengan perilaku gel HPMC dan HPS dalam sistem yang kompleks.Pada suhu rendah, viskositas HPMC secara signifikan lebih rendah daripada HPS, sehingga HPMC membentuk fase kontinyu yang mengelilingi fase gel HPS dengan viskositas tinggi.Di tepi dua fase, gugus hidroksil pada rantai HPMC kehilangan sebagian air pengikatnya dan membentuk ikatan hidrogen antarmolekul dengan rantai molekul HPS.Selama proses pemanasan, rantai molekul HPS bergerak karena menyerap energi yang cukup dan membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air sehingga terjadi pecahnya struktur gel.Pada saat yang sama, struktur sangkar air dan cangkang air pada rantai HPMC dihancurkan, dan secara bertahap pecah untuk mengekspos gugus hidrofilik dan gugus hidrofobik.Pada suhu tinggi, HPMC membentuk struktur jaringan gel karena ikatan hidrogen antarmolekul dan asosiasi hidrofobik, dan dengan demikian menjadi fase terdispersi dengan viskositas tinggi yang terdispersi dalam fase kontinu HPS dari gulungan acak.
(3) Dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil HPS, kompatibilitas sistem senyawa HPMC/HPS meningkat, dan suhu transisi fasa dalam sistem senyawa bergerak ke suhu rendah.Dengan meningkatnya derajat substitusi hidroksipropil, terdapat lebih banyak fragmen heliks yang terentang dalam larutan HPS, yang dapat membentuk lebih banyak ikatan hidrogen antarmolekul dengan rantai molekul HPMC pada batas dua fase, sehingga membentuk struktur yang lebih seragam.Hidroksipropilasi mengurangi viskositas pati, sehingga perbedaan viskositas antara HPMC dan HPS dalam senyawa menyempit, yang kondusif untuk pembentukan senyawa yang lebih homogen, dan nilai minimum perbedaan viskositas antara kedua komponen tersebut bergerak ke rendah. wilayah suhu.
2. Poin inovasi
1. Merancang dan membangun sistem senyawa gel fase terbalik dingin dan panas HPMC/HPS, dan secara sistematis mempelajari sifat reologi unik dari sistem ini, terutama konsentrasi larutan senyawa, rasio senyawa, suhu dan modifikasi kimiawi komponen.Hukum pengaruh sifat reologi, sifat gel dan kompatibilitas sistem senyawa dipelajari lebih lanjut, dan morfologi fase dan transisi fase sistem senyawa dipelajari lebih lanjut dikombinasikan dengan pengamatan mikroskop optik pewarnaan yodium, dan mikro-morfologi struktur sistem senyawa didirikan- Hubungan sifat reologi-sifat gel.Untuk pertama kalinya, model Arrhenius digunakan agar sesuai dengan hukum pembentukan gel dari gel komposit fase-terbalik dingin dan panas dalam rentang temperatur yang berbeda.
2. Distribusi fase, transisi fase, dan kompatibilitas sistem komposit HPMC/HPS diamati dengan teknologi analisis mikroskop optik pencelupan yodium, dan sifat transparansi-mekanis ditetapkan dengan menggabungkan sifat optik dan sifat mekanik film komposit.Hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopik seperti sifat-morfologi fasa dan sifat-sifat konsentrasi-mekanik-morfologi fasa.Ini adalah pertama kalinya mengamati secara langsung hukum perubahan morfologi fasa sistem senyawa ini dengan rasio peracikan, suhu dan konsentrasi, terutama kondisi transisi fase dan pengaruh transisi fase pada sifat-sifat sistem senyawa.
3. Struktur kristal dan struktur amorf membran komposit dengan derajat substitusi hidroksipropil HPS yang berbeda dipelajari oleh SAXS, dan mekanisme gelasi dan pengaruh gel komposit dibahas dalam kombinasi dengan hasil reologi dan sifat makroskopik seperti permeabilitas oksigen membran komposit.Faktor dan hukum, ditemukan untuk pertama kalinya bahwa viskositas sistem komposit terkait dengan kerapatan struktur serupa diri dalam membran komposit, dan secara langsung menentukan sifat makroskopis seperti permeabilitas oksigen dan sifat mekanik komposit. membran, dan menetapkan sifat reologi-mikrostruktur-membran hubungan antara sifat material.
3. Pandangan
Dalam beberapa tahun terakhir, pengembangan bahan kemasan makanan yang aman dan dapat dimakan menggunakan polimer alam terbarukan sebagai bahan baku telah menjadi hotspot penelitian di bidang kemasan makanan.Dalam makalah ini, polisakarida alami digunakan sebagai bahan baku utama.Dengan menggabungkan HPMC dan HPS, biaya bahan baku berkurang, kinerja pemrosesan HPMC pada suhu rendah ditingkatkan, dan kinerja penghalang oksigen membran komposit ditingkatkan.Melalui kombinasi analisis reologi, analisis mikroskop optik pencelupan yodium dan struktur mikro film komposit dan analisis kinerja komprehensif, morfologi fase, transisi fase, pemisahan fase, dan kompatibilitas sistem komposit gel fase terbalik dingin-panas dipelajari.Hubungan antara struktur mikro dan sifat makroskopis dari sistem komposit ditetapkan.Menurut hubungan antara sifat makroskopik dan struktur mikromorfologi sistem komposit HPMC/HPS, struktur fasa dan kompatibilitas sistem komposit dapat dikontrol untuk mengontrol material komposit.Penelitian dalam makalah ini memiliki signifikansi penuntun yang penting bagi proses produksi aktual;mekanisme pembentukan, faktor-faktor yang mempengaruhi dan hukum gel komposit invers dingin dan panas dibahas, yang merupakan sistem komposit gel invers dingin dan panas yang serupa.Penelitian makalah ini memberikan model teoritis untuk memberikan panduan teoritis untuk pengembangan dan penerapan bahan pintar yang dikontrol suhu khusus.Hasil penelitian makalah ini memiliki nilai teoritis yang baik.Penelitian makalah ini melibatkan persimpangan makanan, bahan, gel dan peracikan dan disiplin ilmu lainnya.Karena keterbatasan waktu dan metode penelitian, penelitian topik ini masih memiliki banyak poin yang belum selesai, yang dapat diperdalam dan ditingkatkan dari aspek-aspek berikut.memperluas:
Aspek teoritis:
- Untuk mengeksplorasi efek rasio cabang rantai yang berbeda, berat molekul dan varietas HPS pada sifat reologi, sifat membran, morfologi fasa, dan kompatibilitas sistem senyawa, dan untuk mengeksplorasi hukum pengaruhnya terhadap mekanisme pembentukan gel senyawa. sistem.
- Menyelidiki efek derajat substitusi hidroksipropil HPMC, derajat substitusi metoksil, berat molekul dan sumber pada sifat reologi, sifat gel, sifat membran dan kompatibilitas sistem dari sistem senyawa, dan menganalisis efek modifikasi kimia HPMC pada kondensasi senyawa.Aturan pengaruh mekanisme pembentukan gel.
- Pengaruh garam, pH, plasticizer, agen pengikat silang, agen antibakteri dan sistem senyawa lainnya pada sifat reologi, sifat gel, struktur membran dan sifat serta hukumnya dipelajari.
Aplikasi:
- Optimalkan formula untuk aplikasi pengemasan paket bumbu, paket sayuran, dan sup padat, dan pelajari efek pengawetan bumbu, sayuran, dan sup selama periode penyimpanan, sifat mekanik bahan, dan perubahan performa produk saat mengalami gaya eksternal , dan Kelarutan air dan indeks higienis bahan.Ini juga dapat diterapkan pada makanan berbutir seperti kopi dan teh susu, serta kemasan kue, keju, makanan penutup, dan makanan lainnya yang dapat dimakan.
- Optimalkan desain formula untuk aplikasi kapsul tanaman obat botani, pelajari lebih lanjut kondisi pemrosesan dan pemilihan bahan pembantu yang optimal, dan siapkan produk kapsul berongga.Indikator fisik dan kimia seperti kerapuhan, waktu hancur, kandungan logam berat, dan kandungan mikroba diuji.
- Untuk aplikasi buah dan sayuran segar, produk daging, dll., Sesuai dengan metode pemrosesan penyemprotan, pencelupan, dan pengecatan yang berbeda, pilih formula yang sesuai, dan pelajari tingkat buah busuk, kehilangan kelembaban, konsumsi nutrisi, kekerasan sayuran setelah pengemasan selama periode penyimpanan, kilap dan rasa dan indikator lainnya;warna, pH, nilai TVB-N, asam tiobarbiturat dan jumlah mikroorganisme produk daging setelah pengemasan.
Waktu posting: 17 Okt-2022