Гідраксіпрапілметылцэлюлоза (ГПМЦ)з'яўляецца вадараспушчальным палімерным злучэннем, якое шырока выкарыстоўваецца ў будаўніцтве, медыцыне, харчовай і хімічнай прамысловасці. Гэта неіённы эфір цэлюлозы, атрыманы шляхам хімічнай мадыфікацыі натуральнай цэлюлозы, з добрымі ўласцівасцямі згушчэння, эмульгирования, стабілізацыі і пленкообразования. Аднак ва ўмовах высокай тэмпературы HPMC будзе падвяргацца тэрмічнай дэградацыі, што аказвае важны ўплыў на яго стабільнасць і прадукцыйнасць у практычных прымяненнях.
Працэс тэрмічнай дэградацыі HPMC
Тэрмічная дэградацыя HPMC у асноўным уключае фізічныя і хімічныя змены. Фізічныя змены ў асноўным выяўляюцца ў выглядзе выпарэння вады, пераходу ў шкленне і памяншэння глейкасці, у той час як хімічныя змены ўключаюць разбурэнне малекулярнай структуры, расшчапленне функцыянальнай групы і канчатковы працэс карбанізацыі.
1. Нізкотэмпературная стадыя (100–200°C): выпарэнне вады і пачатковае раскладанне
Ва ўмовах нізкай тэмпературы (каля 100°C) ГПМЦ у асноўным падвяргаецца выпарэнню вады і стеклованию. Паколькі HPMC змяшчае пэўную колькасць звязанай вады, гэтая вада будзе паступова выпарацца падчас награвання, што ўплывае на яе рэалагічныя ўласцівасці. Акрамя таго, глейкасць HPMC таксама будзе зніжацца з павышэннем тэмпературы. Змены на гэтай стадыі - гэта ў асноўным змены фізічных уласцівасцей, у той час як хімічная структура застаецца ў асноўным нязменнай.
Калі тэмпература працягвае павышацца да 150-200°C, HPMC пачынае праходзіць папярэднія рэакцыі хімічнай дэградацыі. У асноўным гэта выяўляецца ў выдаленні гидроксипропильных і метоксифункциональных груп, што прыводзіць да зніжэння малекулярнай масы і структурных змен. На гэтай стадыі HPMC можа вырабляць невялікую колькасць малых лятучых малекул, такіх як метанол і пропиональдегид.
2. Стадыя сярэдняй тэмпературы (200-300°C): дэградацыя асноўнага ланцуга і генерацыя малых малекул
Пры далейшым павышэнні тэмпературы да 200-300 °C хуткасць раскладання ГПМЦ значна паскараецца. Асноўныя механізмы дэградацыі ўключаюць:
Разрыў эфірнай сувязі: галоўны ланцуг ГПМЦ злучаны кальцавымі адзінкамі глюкозы, і эфірныя сувязі ў ім паступова разрываюцца пад уздзеяннем высокай тэмпературы, у выніку чаго палімерны ланцуг раскладаецца.
Рэакцыя дэгідратацыі: кальцавая структура цукру НРМС можа падвяргацца рэакцыі дэгідратацыі пры высокай тэмпературы з адукацыяй нестабільнага прамежкавага прадукту, які далей раскладаецца на лятучыя прадукты.
Вызваленне невялікіх малекул лятучых рэчываў: на гэтай стадыі HPMC вылучае CO, CO₂, H₂O і невялікія малекулы арганічных рэчываў, такіх як фармальдэгід, ацэтальдэгід і акралеін.
Гэтыя змены прывядуць да значнага зніжэння малекулярнай масы ГПМЦ, значнага зніжэння глейкасці, і матэрыял пачне жоўкнуць і нават вырабляць коксаванне.
3. Высокатэмпературная стадыя (300–500°С): карбанізацыя і каксаванне
Калі тэмпература падымаецца вышэй за 300°C, HPMC пераходзіць у стадыю бурнай дэградацыі. У гэты час далейшы разрыў асноўнага ланцуга і выпарванне малых малекул злучэнняў прыводзяць да поўнага разбурэння структуры матэрыялу і ў выніку ўтвараюць вугляродныя рэшткі (кокс). На гэтай стадыі ў асноўным адбываюцца наступныя рэакцыі:
Акісляльная дэградацыя: пры высокай тэмпературы ГПМЦ уступае ў рэакцыю акіслення з утварэннем CO₂ і CO, і адначасова ўтвараюць вугляродныя рэшткі.
Рэакцыя каксавання: частка палімернай структуры ператвараецца ў прадукты няпоўнага згарання, такія як сажа або рэшткі коксу.
Лятучыя прадукты: Працягвайце вылучаць вуглевадароды, такія як этылен, прапілен і метан.
Пры награванні на паветры ГПМЦ можа далей гарэць, у той час як пры награванні ў адсутнасць кіслароду ў асноўным утвараюцца карбонизированные рэшткі.
Фактары, якія ўплываюць на тэрмічную дэградацыю HPMC
Тэрмічная дэградацыя HPMC залежыць ад многіх фактараў, у тым ліку:
Хімічная структура: Ступень замяшчэння гидроксипропильных і метоксигрупп ў ГПМЦ ўплывае на яго тэрмічную стабільнасць. Наогул кажучы, HPMC з больш высокім утрыманнем гидроксипропила мае лепшую тэрмічную стабільнасць.
Атмасфера навакольнага асяроддзя: у паветры HPMC схільны да акісляльнай дэградацыі, у той час як у асяроддзі інэртнага газу (напрыклад, азоту) хуткасць яго тэрмічнага раскладання меншая.
Хуткасць нагрэву: Хуткі нагрэў прывядзе да больш хуткага раскладання, у той час як павольны нагрэў можа дапамагчы ГПМЦ паступова карбанізавацца і паменшыць выпрацоўку газападобных лятучых прадуктаў.
Змест вільгаці: HPMC змяшчае пэўную колькасць звязанай вады. У працэсе награвання выпарэнне вільгаці будзе ўплываць на тэмпературу стеклования і працэс дэградацыі.
Практычнае прымяненне ўздзеяння тэрмічнай дэградацыі HPMC
Характарыстыкі тэрмічнай дэградацыі HPMC маюць вялікае значэнне ў вобласці яго прымянення. Напрыклад:
Будаўнічая прамысловасць: HPMC выкарыстоўваецца ў цэментавых растворах і гіпсавых вырабах, і неабходна ўлічваць яго стабільнасць падчас высокатэмпературнага будаўніцтва, каб пазбегнуць дэградацыі, якая ўплывае на характарыстыкі склейвання.
Фармацэўтычная прамысловасць: HPMC з'яўляецца агентам з кантраляваным вызваленнем лекаў, і неабходна пазбягаць раскладання падчас вытворчасці пры высокай тэмпературы, каб гарантаваць стабільнасць прэпарата.
Харчовая прамысловасць: HPMC - гэта харчовая дабаўка, і яе характарыстыкі тэрмічнага раскладання вызначаюць яе прымяненне ў высокатэмпературнай выпечцы і апрацоўцы.
Працэс тэрмічнай дэградацыіГПМЦможна падзяліць на выпарэнне вады і папярэднюю дэградацыю на нізкатэмпературнай стадыі, расшчапленне асноўнага ланцуга і выпарванне малых малекул на сярэднетэмпературнай стадыі і карбанізацыі і каксаванне на высокатэмпературнай стадыі. На яго тэрмічную стабільнасць уплываюць такія фактары, як хімічная структура, навакольнае атмасфера, хуткасць нагрэву і ўтрыманне вільгаці. Разуменне механізму тэрмічнай дэградацыі HPMC мае вялікае значэнне для аптымізацыі яго прымянення і павышэння стабільнасці матэрыялу.
Час публікацыі: 28 сакавіка 2025 г