Гидроксипропилметилцеллюлоза (HPMC)құрылыста, медицинада, тамақ және химия өнеркәсібінде кеңінен қолданылатын суда еритін полимерлі қосылыс. Бұл табиғи целлюлозаның химиялық модификациясы арқылы алынған, жақсы қоюландыратын, эмульгирленген, тұрақтандыратын және қабық түзетін қасиеттері бар иондық емес целлюлоза эфирі. Дегенмен, жоғары температура жағдайында HPMC термиялық деградацияға ұшырайды, бұл оның тұрақтылығы мен практикалық қолданудағы өнімділігіне маңызды әсер етеді.
HPMC термиялық деградация процесі
HPMC термиялық деградациясы негізінен физикалық өзгерістер мен химиялық өзгерістерді қамтиды. Физикалық өзгерістер негізінен судың булануы, шыныға ауысуы және тұтқырлықтың төмендеуі ретінде көрінеді, ал химиялық өзгерістер молекулалық құрылымның бұзылуын, функционалдық топтардың бөлінуін және соңғы карбонизация процесін қамтиды.
1. Төмен температура кезеңі (100–200°С): судың булануы және бастапқы ыдырауы
Төмен температура жағдайында (шамамен 100°C) HPMC негізінен судың булануы мен шыны ауысуынан өтеді. HPMC құрамында байланысқан судың белгілі бір мөлшері болғандықтан, бұл су қыздыру кезінде біртіндеп буланып, оның реологиялық қасиеттеріне әсер етеді. Сонымен қатар, температураның жоғарылауымен HPMC тұтқырлығы да төмендейді. Бұл кезеңдегі өзгерістер негізінен физикалық қасиеттердің өзгеруі, ал химиялық құрылымы негізінен өзгеріссіз қалады.
Температура 150-200°C дейін көтеріле бергенде, HPMC алдын ала химиялық ыдырау реакцияларынан өте бастайды. Ол негізінен гидроксипропил және метокси функционалдық топтардың жойылуында көрінеді, нәтижесінде молекулалық салмақ пен құрылымдық өзгерістер азаяды. Осы кезеңде HPMC метанол және пропиональдегид сияқты шағын ұшпа молекулалардың аз мөлшерін шығаруы мүмкін.
2. Орташа температура кезеңі (200-300°С): негізгі тізбектің деградациясы және кіші молекулалардың генерациясы
Температураны одан әрі 200-300°С-қа дейін көтергенде, HPMC-тің ыдырау жылдамдығы айтарлықтай жылдамдайды. Деградацияның негізгі механизмдеріне мыналар жатады:
Эфир байланысының үзілуі: HPMC негізгі тізбегі глюкоза сақиналы қондырғылармен қосылады және ондағы эфир байланыстары жоғары температурада біртіндеп үзіліп, полимер тізбегінің ыдырауына әкеледі.
Сусыздандыру реакциясы: HPMC қант сақинасының құрылымы тұрақты емес аралық өнім қалыптастыру үшін жоғары температурада дегидратация реакциясынан өтуі мүмкін, ол одан әрі ұшпа өнімдерге ыдырайды.
Ұсақ молекулалы ұшпа заттардың бөлінуі: Бұл кезеңде HPMC CO, CO₂, H₂O және формальдегид, ацетальдегид және акролеин сияқты шағын молекулалы органикалық заттарды шығарады.
Бұл өзгерістер HPMC молекулалық салмағының айтарлықтай төмендеуіне, тұтқырлығының айтарлықтай төмендеуіне әкеледі және материал сарғайып, тіпті кокстелетін болады.
3. Жоғары температура кезеңі (300–500°С): карбонизация және кокстеу
Температура 300°C-тан жоғары көтерілгенде, HPMC күшті деградация кезеңіне өтеді. Бұл кезде негізгі тізбектің одан әрі үзілуі және кіші молекулалы қосылыстардың ұшпалануы материал құрылымының толық бұзылуына әкеліп соғады, ең соңында көміртекті қалдықтар (кокс) түзеді. Бұл кезеңде негізінен келесі реакциялар жүреді:
Тотығу ыдырауы: Жоғары температурада HPMC CO₂ және CO генерациялау үшін тотығу реакциясынан өтеді және сонымен бірге көміртекті қалдықтарды түзеді.
Кокстеу реакциясы: Полимер құрылымының бір бөлігі көміртегі қара немесе кокс қалдықтары сияқты толық емес жану өнімдеріне айналады.
Ұшқыш өнімдер: этилен, пропилен және метан сияқты көмірсутектерді шығаруды жалғастырыңыз.
Ауада қыздырылған кезде HPMC одан әрі жануы мүмкін, ал оттегінің болмауында қыздыру негізінен көміртекті қалдықтарды құрайды.
HPMC термиялық деградациясына әсер ететін факторлар
HPMC термиялық деградациясына көптеген факторлар әсер етеді, соның ішінде:
Химиялық құрылымы: ГРМК-дағы гидроксипропил және метокси топтарының орын басу дәрежесі оның термиялық тұрақтылығына әсер етеді. Жалпы айтқанда, құрамында гидроксипропил мөлшері жоғары HPMC жақсы термиялық тұрақтылыққа ие.
Қоршаған орта атмосферасы: ауада HPMC тотығу деградациясына бейім, ал инертті газ ортасында (мысалы, азот) оның термиялық деградация жылдамдығы баяуырақ.
Қыздыру жылдамдығы: Жылдам қыздыру тезірек ыдырауға әкеледі, ал баяу қыздыру HPMC-ге газ тәріздес ұшпа өнімдерді біртіндеп көміртендіруге және өндірісін азайтуға көмектесуі мүмкін.
Ылғалдылық: HPMC құрамында байланысқан судың белгілі бір мөлшері бар. Қыздыру процесі кезінде ылғалдың булануы оның шыныға өту температурасына және деградация процесіне әсер етеді.
HPMC термиялық деградациясының практикалық қолдану әсері
HPMC термиялық деградация сипаттамалары оның қолдану саласында үлкен маңызға ие. Мысалы:
Құрылыс өнеркәсібі: HPMC цемент ерітіндісінде және гипс өнімдерінде қолданылады және байланыстыру өнімділігіне әсер ететін деградацияны болдырмау үшін жоғары температурада құрылыс кезінде оның тұрақтылығын ескеру қажет.
Фармацевтика өнеркәсібі: HPMC - бұл дәрі-дәрмекпен басқарылатын босату агенті және препараттың тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін жоғары температурада өндіру кезінде ыдырауды болдырмау керек.
Тамақ өнеркәсібі: HPMC тағамдық қоспа болып табылады және оның термиялық деградация сипаттамалары оның жоғары температурада пісіру мен өңдеуде қолданылуын анықтайды.
Термиялық деградация процесіHPMCтөменгі температура сатысында судың булануы және алдын ала ыдырауы, орташа температура сатысында негізгі тізбектің бөлінуі және кіші молекулалардың ұшқышы, ал жоғары температура сатысында карбонизация және кокстелу деп бөлуге болады. Оның термиялық тұрақтылығына химиялық құрылым, қоршаған орта атмосферасы, қыздыру жылдамдығы және ылғалдылық сияқты факторлар әсер етеді. HPMC термиялық деградация механизмін түсіну оны қолдануды оңтайландыру және материалдың тұрақтылығын жақсарту үшін үлкен мәнге ие.
Хабарлама уақыты: 28 наурыз 2025 ж