Приготвяне и свойства на хидроксипропил метилцелулоза

Хидроксипропил метилцелулоза(HPMC) е естествен полимерен материал с изобилие от ресурси, възобновяеми и добри разтворимост на водата и филмови свойства. Това е идеална суровина за приготвяне на водоразтворими опаковъчни филми.

Водно разтворимо опаковъчен филм е нов тип зелен опаковъчен материал, който получи широко внимание в Европа и Съединените щати и други страни. Той е не само безопасен и удобен за използване, но също така решава проблема с изхвърлянето на отпадъците на опаковката. Понастоящем водоразтворимите филми използват главно петролни материали като поливинил алкохол и полиетилен оксид като суровини. Petroleum е невъзобновяем ресурс и мащабната употреба ще доведе до недостиг на ресурси. Има и водоразтворими филми, използващи естествени вещества като нишесте и протеини като суровини, но тези водоразтворими филми имат лоши механични свойства. В този документ е подготвен нов тип водоразтворим опаковъчен филм чрез метод за формиране на филмов филм, използващ хидроксипропил метилцелулоза като суровина. Бяха обсъдени ефектите от концентрацията на течност, образуваща на филма за филмов HPMC, върху силата на опън, удължаване при счупване, светлинна пропускливост и разтворимост на вода на HPMC водни разтворими опаковъчни филми. Използвани са глицерол, сорбитол и глутаралдехид, допълнително подобряват работата на филма за опаковане на воден водоразтворител HPMC. И накрая, за да се разшири прилагането на филма за опаковане на водни разтворими HPMC в опаковки за храни, бамбуковият лист антиоксидант (AOB) е използван за подобряване на антиоксидантните свойства на водоразтворимия опаковъчен филм на HPMC. Основните констатации са следните:

(1) С увеличаването на концентрацията на HPMC, якостта на опън и удължаването при счупване на HPMC филми се увеличава, докато светлинната предаване намалява. Когато концентрацията на HPMC е 5%, а температурата на образуване на филм е 50 ° C, всеобхватните свойства на филма HPMC са по -добри. По това време якостта на опън е около 116MPa, удължението при почивка е около 31%, светлинното предаване е 90%, а времето за разрешаване на водата е 55 минути.

(2) Пластификаторите глицерол и сорбитол подобриха механичните свойства на HPMC филмите, което значително увеличи удължаването им при счупване. Когато съдържанието на глицерол е между 0,05%и 0,25%, ефектът е най-добрият, а удължаването при счупване на водоразтворимия филм за опаковане на HPMC достига около 50%; Когато съдържанието на сорбитол е 0,15%, удължението при счупване се увеличава до 45% или повече. След като HPMC водоразтворимият опаковъчен филм беше модифициран с глицерол и сорбитол, якостта на опън и оптичните свойства намаляват, но намаляването не е значително.

(3) Инфрачервена спектроскопия (FTIR) на глутаралдехидния филм за опаковане на водни разтворими с HPMC показа, че глутаралдехидът е свързан с омрежения с филма, намалявайки водоснабдителната водоснабдяване на водоразтворимия опаковъчен филм. Когато добавянето на глутаралдехид е 0,25%, механичните свойства и оптичните свойства на филмите достигат оптимално. Когато добавянето на глутаралдехид е 0,44%, времето за разрешаване на водата достига 135 минути.

(4) Добавянето на подходящо количество AOB към водоразтворимия в опаковката на филмови филмови разтвори на HPMC може да подобри антиоксидантните свойства на филма. Когато се добави 0,03% AOB, AOB/HPMC филмът има процент на почистване от около 89% за радикалите на DPPH, а ефективността на почистване беше най -добрата, която беше с 61% по -висока от тази на HPMC филма без AOB, а разтворимостта на водата също беше значително подобрена.

Ключови думи: Водно разтворим опаковъчен филм; хидроксипропил метилцелулоза; Пластификатор; кръстосано свързване; антиоксидант.

Съдържание

Резюме …………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

ABSTRACT……………………………………………… ……………………………………………… ……………………………II

Съдържание …………………………………………. ………………………………………………………………………… I.

Първа глава Въведение ………………………………………. ……………………………………………………………… ..1

1.1-вода- разтворим филм ……………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

1.1.1Polyvinyl алкохол (PVA) Водно разтворим филм ………………………………………………………………… 1

1.1.2Polyethylene оксид (PEO) Водно разтворим филм ………………………………………………………… ..2

1.1.3-базиран на базата на водни разтворими филм …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

1.1.4 Филми с водоразтворими на базата на протеин ………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………

1.2 Hydroxypropyl methylcellulose …………………………………………….. ………………………………………3

1.2.1 Структурата на хидроксипропил метилцелулоза ……………………………………………………… .3

1.2.2 Разтворимост на водата на хидроксипропил метилцелулоза ……………………………………………………… 4

1.2.3 Свойства на филмово-образуване на хидроксипропил метилцелулоза ……………………………………… .4

1.3 Пластификационна модификация на хидроксипропил метилцелулозен филм ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ..4

1.4 Кръстосано свързване модификация на хидроксипропил метилцелулозен филм ……………………………… .5

1.5 Антиоксидативни свойства на хидроксипропил метилцелулозен филм …………………………………. 5

1.6 Предложение по темата ………………………………………………………………. ……………………………………… .7

1.7 Изследователско съдържание ………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Chapter 2 Preparation and Properties of Hydroxypropyl Methyl Cellulose Water-Soluble Packaging Film………………………………………………………………………………………………………………………………….8

2.1 Introduction ………………………………………… ……………………………………………… …………………………. 8

2.2 Експериментален раздел …………………………………………………………. ………………………………………… .8

2.2.1 Експериментални материали и инструменти ……………………………………………………………. ……… ..8

2.2.2 Specimen Preparation ………………………………………… ………………………………………………………..9

2.2.3 Характеристика и тестване на производителността ……………………………………… .. ……………………… .9

2.2.4 Обработка на данни …………………………………………. ……………………………………………………………… 10

2.3 Резултати и дискусия ………………………………………………………………………………………………………… 10

2.3.1 Ефектът от концентрацията на разтвор на филмов разтвор върху тънките филми на HPMC ………………………… .. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 10

2.3.2 Influence of film formation temperature on HPMC thin films ………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………..13

2.4 Обобщение на главата ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Глава 3 Ефекти на пластификаторите върху HPMC водоразтворими опаковъчни филми ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.1 Въведение ………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.2 Experimental Section ……………………………………………… ……………………………………………… ………..17

3.2.1 Експериментални материали и инструменти ………………………………………… …………………………… 17

3.2.2 Подготовка на образци ………………………………………… …………………………… 18

3.2.3 Характеристика и тестване на производителността ……………………………………… .. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.2.4 Обработка на данни ……………………………………………………. ……………………………………… ..19

3.3 Резултати и дискусия …………………………………………………………………………………

3.3.1 The effect of glycerol and sorbitol on the infrared absorption spectrum of HPMC thin films …………………………………………………………………………………………………………………………….19

3.3.2 The effect of glycerol and sorbitol on the XRD patterns of HPMC thin films ……………………………………………………………………………………………………………………………………..20

3.3.3 Effects of glycerol and sorbitol on the mechanical properties of HPMC thin films……………………………………………………………………………………………………………………………………….21

3.3.4 Ефекти на глицерол и сорбитол върху оптичните свойства на HPMC филмите ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………888ен

3.3.5 Влиянието на глицерол и сорбитол върху разтворимостта на водата на HPMC филми ………. 23

3.4 Chapter Summary ………………………………………… ……………………………………………………..24

Глава 4 Ефекти на омрежващи агенти върху филми за опаковане на водоснабдяване на HPMC ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………88

4.1 Въведение ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 25

4.2 Експериментален раздел ………………………………………………………………………………………… 25

4.2.1 Експериментални материали и инструменти …………………………………………………… 25

4.2.2 Specimen Preparation ………………………………………… ………………………………………..26

4.2.3 Характеристика и тестване на производителността ……………………………………… .. ………… .26

4.2.4 Обработка на данни …………………………………………………………. ……………………………………… ..26

4.3 Резултати и дискусии …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

4.3.1 Infrared absorption spectrum of glutaraldehyde-crosslinked HPMC thin films……………………………………………………………………………………………………………………………………………..27

4..3

4.3.3 Ефектът на глутаралдехид върху разтворимостта на водата на HPMC филми ………………… ..28

4.3.4 Ефектът на глутаралдехид върху механичните свойства на HPMC тънки филми ... 29

4.3.5 Ефектът на глутаралдехид върху оптичните свойства на HPMC филмите ………………… 29

4.4 Обобщение на главата ……………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Глава 5 Естествен антиоксидант HPMC Воден разтворим опаковъчен филм ………………………… ..31

5.1 Въведение ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………8

5.2 Експериментален раздел ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………тограмира 31

5.2.1 Експериментални материали и експериментални инструменти …………………………………………… 31

5.2.2 Подготовка на образци ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

5.2.3 Характеристика и тестване на производителността ……………………………………… .. ……………………… 32

5.2.4 Обработка на данни ……………………………………………………. …………………………………………………… 33

5.3 Резултати и анализ …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

5.3.1 FT-IR analysis ………………………………………… ……………………………………………… ………… 33

5.3.2 XRD analysis ………………………………………… ……………………………………………… ………..34

5.3.3 Антиоксидантни свойства ………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………торинестътът8888888

5.3.4 Water solubility ………………………………………… ……………………………………………… …………….35

5.3.5 Mechanical properties ………………………………………… ………………………………………………..36

5.3.6 Оптично изпълнение ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

5.4 Обобщение на главата …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… .37

Глава 6 Заключение …………………………………………………………. …………………………………… ..39

Референции …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ...

Изследователски резултати по време на изследвания ……………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Признания ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Първа глава Въведение

Като нов зелен опаковъчен материал, водоразтворимият опаковъчен филм се използва широко в опаковката на различни продукти в чужди страни (като САЩ, Япония, Франция и др.) [1]. Водно разтворим филм, както подсказва името, е пластмасов филм, който може да бъде разтворен във вода. Изработен е от водоразтворими полимерни материали, които могат да се разтворят във вода и се приготвят чрез специфичен процес на формиране на филми. Поради специалните си имоти, той е много подходящ за опаковане на хората. Следователно все повече изследователи започнаха да обръщат внимание на изискванията за опазване на околната среда и удобство [2].

1.1 Водно разтворим филм

Понастоящем водоразтворимите филми са главно водоразтворими филми, използващи материали на петролна основа като поливинил алкохол и полиетилен оксид като суровини, и водоразтворими филми, използващи естествени вещества като нишесте и протеини като суровини.

1.1.1 Поливинилов алкохол (PVA) Воден разтворим филм

Понастоящем най-използваните водоразтворими филми в света са главно водоразтворими PVA филми. PVA е винилов полимер, който може да се използва от бактериите като източник на въглерод и източник на енергия и може да бъде разложен под действието на бактерии и ензими [3]], което принадлежи към един вид биоразградим полимерен материал с ниска цена, отлична устойчивост на маслото, устойчивост на разтворител и газови бариерни свойства [4]. PVA филмът има добри механични свойства, силна адаптивност и добра защита на околната среда. Той е широко използван и има висока степен на комерсиализация. Той е най-широко използваният и най-големият водоразтворим опаковъчен филм на пазара [5]. PVA има добра разградимост и може да бъде разложена от микроорганизми за генериране на CO2 и H2O в почвата [6]. Повечето от изследванията на водоразтворимите филми сега са да ги променят и смесват, за да получат по-добри водоразтворими филми. Zhao Linlin, Xiong Hanguo [7] изучава приготвянето на водоразтворим опаковъчен филм с PVA като основна суровина и определя оптималното съотношение на масата чрез ортогонален експеримент: окислено нишесте (O-ST) 20%, желатин 5%, глицерол 16%, натриев додецил сулфат (SDS) 4%. След микровълново изсушаване на получения филм, водоразтворимото време във вода при стайна температура е 101s.

Съдейки по настоящата изследователска ситуация, PVA филмът е широко използван, ниска цена и отлично в различни имоти. Понастоящем това е най-перфектният водоразтворим опаковъчен материал. Въпреки това, като материал на базата на петрол, PVA е невъзобновяем ресурс и процесът на производство на суровини може да бъде замърсен. Въпреки че Съединените щати, Япония и други страни са го посочили като нетоксично вещество, безопасността му все още е отворена за въпрос. Както вдишването, така и поглъщането са вредни за тялото [8] и не може да се нарече пълна зелена химия.

1.1.2 Водноразтворим филм от полиетилен оксид (PEO)

Полиетиленовият оксид, известен още като полиетилен оксид, е термопластичен, водоразтворим полимер, който може да се смеси с вода във всяко съотношение при стайна температура [9]. Структурната формула на полиетилен оксид е H-(-OCH2CH2-) N-OH, а неговата относителна молекулна маса ще повлияе на неговата структура. Когато молекулното тегло е в диапазона от 200 ~ 20000, то се нарича полиетилен гликол (PEG), а молекулното тегло е по -голямо от 20 000 може да се нарича полиетилен оксид (PEO) [10]. PEO е бял течащ гранулиран прах, който е лесен за обработка и форма. PEO филмите обикновено се подготвят чрез добавяне на пластификатори, стабилизатори и пълнители към PEO смоли чрез термопластична обработка [11].

PEO Film е водоразтворим филм с добра разтворимост в водата в момента, а механичните му свойства също са добри, но PEO има сравнително стабилни свойства, сравнително трудни условия на разграждане и бавен процес на разграждане, който има определено влияние върху околната среда и по-голямата част от основните му функции могат да се използват. PVA филмова алтернатива [12]. В допълнение, PEO също има сигурна токсичност, така че рядко се използва в опаковката на продуктите [13].

1.1.3 Водноразтворим филм на базата на нишесте

Нишестето е естествен висок молекулярен полимер и молекулите му съдържат голям брой хидроксилни групи, така че има силно взаимодействие между нишестените молекули, така че нишестето е трудно да се стопи и обработва, а съвместимостта на нишестето е лоша и е трудно да се взаимодейства с други полимери. обработени заедно [14,15]. Водната разтворимост на нишестето е лоша и отнема много време, за да се набъбне в студена вода, така че модифицираното нишесте, тоест водоразтворимо нишесте, често се използва за приготвяне на водоразтворими филми. Като цяло нишестето е химически модифицирано по методи като естерификация, етерификация, присаждане и омрежване, за да се промени оригиналната структура на нишестето, като по този начин подобрява водоснабдителността на нишестето [7,16].

Въведете етерните връзки в нишестени групи чрез химически средства или използвайте силни окислители, за да унищожите присъщата молекулна структура на нишесте, за да получите модифицирано нишесте с по-добри показатели [17] и да получите водоразтворимо нишесте с по-добри филмови формиращи свойства. Въпреки това, при ниска температура, нишестеният филм има изключително лоши механични свойства и лоша прозрачност, така че в повечето случаи той трябва да се приготви чрез смесване с други материали като PVA, а действителната стойност на употреба не е висока.

1.1.4 Водноразтворимо тънка на базата на протеин

Протеинът е биологично активно естествено макромолекулно вещество, съдържащо се при животни и растения. Тъй като повечето протеинови вещества са неразтворими във вода при стайна температура, е необходимо да се разреши разтворимостта на протеините във вода при стайна температура, за да се приготвят водоразтворими филми с протеини като материали. За да се подобри разтворимостта на протеините, те трябва да бъдат модифицирани. Общите методи за химическа модификация включват дефталеминиране, фталоамидация, фосфорилиране и др. [18]; Ефектът на модификацията е да се промени тъканната структура на протеина, като по този начин се увеличава разтворимостта, желацията, функционалностите като абсорбция на вода и стабилност отговарят на нуждите на производството и обработката. Водноразтворимите филми на базата на протеини могат да бъдат произведени чрез използване на селскостопански и странични отпадъци, като косменост на животните като суровини или чрез специализиране в производството на високопротеинови растения за получаване на суровини, без да е необходимо нефтохимическа промишленост, а материалите са възобновяващи и имат по-малко влияние върху околната среда [19]. Въпреки това, водоразтворимите филми, приготвени от същия протеин като матрицата, имат лоши механични свойства и ниска разтворимост на вода при ниска температура или стайна температура, така че обхватът на приложението им е тесен.

В обобщение, е от голямо значение да се разработи нов, възобновяем, водоразтворим опаковъчен филмов материал с отлично изпълнение, за да се подобрят недостатъците на текущите водоразтворими филми.

Хидроксипропил метил целулозата (хидроксипропил метил целулоза, HPMC за кратко) е естествен полимерен материал, не само богат на ресурси, но и нетоксичен, безобиден, нискотарифен, не се конкурира с хората за храна и изобилен възобновяем ресурс в природата [20]]. Той има добра разтворимост във вода и филмови свойства и има условия за приготвяне на водоразтворими опаковъчни филми.

1.2 Хидроксипропил метилцелулоза

Хидроксипропил метил целулоза (хидроксипропил метил целулоза, HPMC за кратко), също съкратено като хипромелоза, се получава от естествена целулоза чрез лечение на алкализация, модификация на етерификация, реакция на неутрализация и промиване и изсушаване. Водно разтворимо целулозно производно [21]. Хидроксипропил метилцелулозата има следните характеристики:

(1) изобилни и възобновяеми източници. Суровината на хидроксипропил метилцелулоза е най -изобилната естествена целулоза на Земята, която принадлежи към органичните възобновяеми ресурси.

(2) Екологично чист и биоразградим. Хидроксипропил метилцелулозата е нетоксична и безобидна за човешкото тяло и може да се използва в медицината и хранителната индустрия.

(3) широк спектър от употреби. Като водоразтворим полимерен материал, хидроксипропил метилцелулозата има добра разтворимост на вода, дисперсия, сгъстяване, задържане на вода и филмови свойства и може да се използва широко в строителни материали, текстил и др., Храни, ежедневни химикали, покрития и електроника и други индустриални полета [21].

1.2.1 Структура на хидроксипропил метилцелулоза

HPMC се получава от естествена целулоза след алкализация и част от неговия полихидроксипропилов етер и метил се етерифицират с пропилен оксид и метилхлорид. Общата комерсиализирана степен на заместване на метил на HPMC варира от 1,0 до 2,0, а средната степен на заместване на хидроксипропил варира от 0,1 до 1,0. Неговата молекулна формула е показана на фигура 1.1 [22]

Поради силната водородна връзка между естествените целулозни макромолекули е трудно да се разтвори във вода. Разтворимостта на етеризираната целулоза във вода е значително подобрена, тъй като етерните групи се въвеждат в етерифицирана целулоза, която унищожава водородните връзки между целулозните молекули и увеличава разтворимостта му във вода [23]]. Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) is a typical hydroxyalkyl alkyl mixed ether [21], its structural unit D-glucopyranose residue contains methoxy (-OCH3), hydroxypropoxy (-OCH2 CH-(CH3 ) n OH) and unreacted hydroxyl groups, the performance of cellulose mixed ethers is a comprehensive reflection на координацията и приноса на всяка група. -[OCH2CH (CH3)] N OH Хидроксилната група в края на N OH групата е активна група, която може да бъде допълнително алкилирана и хидроксиалкилирана, а разклонената верига е по -дълга, която има определен вътрешен пластизиращ ефект върху макромолекулната верига; -OCh3 е група за крайно обхващане, мястото на реакцията ще бъде инактивирано след заместване и принадлежи към кратко структурирана хидрофобна група [21]. Хидроксилните групи на ново добавената клонова верига и хидроксилните групи, останали на остатъците от глюкоза, могат да бъдат модифицирани от горните групи, което води до изключително сложни структури и регулируеми свойства в определен енергиен диапазон [24].

1.2.2 Разтворимост на водата на хидроксипропил метилцелулоза

Хидроксипропил метилцелулозата има много отлични свойства поради своята уникална структура, най -забележимата от които е неговата разтворимост на водата. Той набъбва в колоиден разтвор в студена вода и разтворът има определена повърхностна активност, висока прозрачност и стабилна характеристика [21]. Хидроксипропил метилцелулозата всъщност е целулозен етер, получен след метилцелулозата, се модифицира чрез етерификация на пропилен оксид, така че все още има характеристиките на разтворимостта на студена вода и разтворимостта на топла вода, подобна на метилцелулозата [21], и неговата разтворимост на водата във водата се подобрява. Метил целулозата трябва да бъде поставена при 0 до 5 ° С в продължение на 20 до 40 минути, за да се получи продуктов разтвор с добра прозрачност и стабилен вискозитет [25]. Разтворът на хидроксипропил метилцелулозен продукт трябва да бъде само при 20-25 ° С, за да се постигне добра стабилност и добра прозрачност [25]. Например, пулверизираната хидроксипропил метилцелулоза (гранулирана форма 0,2-0,5 mm) може лесно да се разтвори във вода при стайна температура без охлаждане, когато вискозитетът на 4% воден разтвор достигне 2000 Centipoise при 20 ° C.

1.2.3 Свойства, образуващи филми на хидроксипропил метилцелулоза

Хидроксипропил метилцелулозният разтвор има отлични филмови формиращи свойства, които могат да осигурят добри условия за покритието на фармацевтичните препарати. Филмът за покритие, образуван от него, е безцветно, без мирис, жилав и прозрачен [21].

Yan Yanzhong [26] използва ортогонален тест, за да изследва филмовите свойства на хидроксипропил метилцелулоза. Скринингът се провежда на три нива с различни концентрации и различни разтворители като фактори. Резултатите показват, че добавянето на 10% хидроксипропил метилцелулоза в 50% разтвор на етанол има най-добрите филмови формиращи свойства и може да се използва като филмов материал за лекарствени филми с продължително освобождаване.

1.1 Пластификационна модификация на хидроксипропил метилцелулозен филм

Като естествен възобновяем ресурс, филмът, приготвен от целулозата като суровина, има добра стабилност и обработка и е биоразградим след изхвърляне, което е безобидно за околната среда. Въпреки това, непластизираните целулозни филми имат лоша здравина и целулозата може да бъде пластифицирана и модифицирана.

[27] използва триетил цитрат и ацетил тетрабутил цитрат за пластифициране и модифициране на целулозен ацетат пропионат. Резултатите показват, че удължаването при счупване на целулозния ацетат пропионат се увеличава с 36% и 50%, когато масата на триетил цитрат и ацетил тетрабутил цитрат е 10%.

Luo Qiushui и др. [28] изследват ефектите на пластификаторите глицерол, стеаринова киселина и глюкоза върху механичните свойства на метилцелулозните мембрани. Резултатите показват, че скоростта на удължаване на мембраната на метил целулозата е по -добра, когато съдържанието на глицерол е 1,5%, а съотношението на удължаване на мембраната на метил целулозата е по -добро, когато съдържанието на добавяне на глюкоза и стеаринова киселина е 0,5%.

Глицеролът е безцветна, сладка, бистра, вискозна течност с топъл сладък вкус, обикновено известен като глицерин. Подходящ за анализ на водни разтвори, омекотители, пластификатори и др. Може да се разтвори с вода във всяка пропорция, а разтворът на глицерол с нисък концентрация може да се използва като смазване на масло за овлажняване на кожата. Сорбитол, бял хигроскопски прах или кристален прах, люспи или гранули, без мирис. Той има функциите за усвояване на влага и задържане на вода. Добавянето на малко в производството на дъвка и бонбони може да поддържа храната мека, да подобри организацията и да намали втвърдяването и да играе ролята на пясъка. Глицерол и сорбитол са и водни разтворими вещества, които могат да се смесват с водоразтворими целулозни етери [23]. Те могат да се използват като пластификатори за целулоза. След като добавят, те могат да подобрят гъвкавостта и удължаването при счупване на целулозни филми. [29]. Като цяло концентрацията на разтвора е 2-5%, а количеството на пластификатора е 10-20% от целулозния етер. Ако съдържанието на пластификатор е твърде високо, при висока температура ще възникне феноменът на свиване на колоидната дехидратация [30].

1.2 Модификация на омрежване на хидроксипропил метилцелулозен филм

Водноразтворимият филм има добра разтворимост на вода, но не се очаква да се разтвори бързо, когато се използва в някои случаи, като торбички за опаковане на семена. Семената са обвити с водоразтворим филм, който може да увеличи процента на оцеляване на семената. По това време, за да се защити семената, не се очаква филмът да се разтвори бързо, но филмът първо трябва да играе определен ефект на задържане на вода върху семената. Следователно е необходимо да се удължи водоразтворимото време на филма. [21].

The reason why hydroxypropyl methylcellulose has good water solubility is that there are a large number of hydroxyl groups in its molecular structure, and these hydroxyl groups can undergo cross-linking reaction with aldehydes to make hydroxypropyl methylcellulose molecules The hydroxyl hydrophilic groups of hydroxypropyl methylcellulose are reduced, По този начин намалява разтворимостта на водата на хидроксипропил метилцелулозния филм, а реакцията на кръстосано свързване между хидроксилни групи и алдехиди ще генерира много химични връзки, което също може да подобри механичните свойства на филма до известна степен. Алдехидите, омрежени с хидроксипропил метилцелулоза, включват глутаралдехид, глиоксал, формалдехид и др. Сред тях глутаралдехидът има две групи на Алдехид, а кръстосаната реакция е бърза. Той е сравнително безопасен, така че глутаралдехидът обикновено се използва като кръстосано свързване на етери. Количеството на този тип кръстосано свързване в разтвора обикновено е 7 до 10% от теглото на етера. Температурата на лечение е около 0 до 30 ° C, а времето е 1 ~ 120 минути [31]. Реакцията на кръстосано свързване трябва да се извърши при киселинни условия. Първо, към разтвора се добавя неорганична силна киселина или органична карбоксилна киселина за регулиране на pH на разтвора до около 4-6 и след това се добавят алдехиди, за да се извърши реакцията на кръстосано свързване [32]. Използваните киселини включват HCl, H2SO4, оцетна киселина, лимонена киселина и други подобни. Киселината и алдехидът също могат да се добавят едновременно, за да се направи разтворът да извърши реакцията на кръстосано свързване в желания диапазон на рН [33].

1.3 Антиоксидативни свойства на хидроксипропилни метилцелулозни филми

Хидроксипропил метилцелулозата е богат на ресурси, лесен за формиране на филм и има добър свеж ефект. Като консервант на храни има голям потенциал за развитие [34-36].

Zhuang Rongyu [37] използва ядлив хидроксипропил метилцелулозен (HPMC) филм, покрива го върху домат и след това го съхранява при 20 ° С в продължение на 18 дни, за да проучи ефекта му върху твърдостта и цвета на доматите. Резултатите показват, че твърдостта на доматите с HPMC покритие е по -висока от тази без покритие. Доказано е също, че HPMC ядлив филм може да забави смяната на цвета на доматите от розово до червено, когато се съхранява на 20 ℃.

[38] изследва ефектите на лечението с хидроксипропил метилцелулоза (HPMC) върху качеството, синтеза на антоцианин и антиоксидантната активност на „Wuzhong“ плодове Bayberry по време на студено съхранение. Резултатите показват, че анти-окисляването на Bayberry, лекуван с HPMC филм, е подобрен и скоростта на разпад по време на съхранение е намалена и ефектът от 5% HPMC филм е най-добрият.

Wang Kaikai et al. [39] използваха „Wuzhong“ плод Bayberry като тестов материал, за да изследват ефекта на комплексираното с рибофлавин хидроксипропил метилцелулоза (HPMC), покритие върху качеството и антиоксидантните свойства на плодове от бейери на бейбири по време на съхранение при 1 ℃. Ефект от активността. Резултатите показват, че плодът на Bayberry, покрит с рибофлавин, е по-ефективен от еднократното покритие с рибофлавин или HPMC, като ефективно намалява скоростта на разпад на плодове Bayberry по време на съхранение, като по този начин се удължи периода на съхранение на плодовете.

През последните години хората имат по -високи и по -високи изисквания за безопасността на храните. Изследователите у дома и в чужбина постепенно прехвърлят фокуса си на изследвания от хранителни добавки към опаковъчни материали. Чрез добавяне или напръскване на антиоксиданти в опаковъчни материали, те могат да намалят окисляването на храните. Ефектът от скоростта на разпад [40]. Естествените антиоксиданти са били широко загрижени поради високата си безопасност и добрите последици за здравето върху човешкото тяло [40,41].

Антиоксидантът на бамбуковите листа (AOB за кратко) е естествен антиоксидант с уникален естествен бамбуков аромат и добра разтворимост на вода. Той е посочен в Националния стандарт GB2760 и е одобрен от Министерството на здравеопазването като антиоксидант за естествена храна. Може да се използва и като хранителна добавка за месни продукти, водни продукти и подпухнала храна [42].

Sun Lina и др. [42] Прегледайте основните компоненти и свойства на антиоксиданти на бамбукови листа и въведе прилагането на бамбукови листни антиоксиданти в храната. Добавяйки 0,03% AOB към прясна майонеза, антиоксидантният ефект е най -очевиден в този момент. В сравнение със същото количество чаени полифенолни антиоксиданти, антиоксидантният му ефект очевидно е по -добър от този на чайните полифеноли; Добавяйки 150% към бирата при MG/L, антиоксидантните свойства и стабилността на бирата за съхранение са значително увеличени и бирата има добра съвместимост с виненото тяло. Докато гарантира първоначалното качество на виненото тяло, той също увеличава аромата и мекия вкус на бамбукови листа [43].

В обобщение, хидроксипропил метилцелулозата има добри филмови свойства и отлична производителност. Освен това е зелен и разграждащ се материал, който може да се използва като опаковъчен филм в областта на опаковката [44-48]. Глицеролът и сорбитолът са и двете водоразтворими пластификатори. Добавянето на глицерол или сорбитол към филмовия разтвор на целулозен филм може да подобри здравината на хидроксипропил метилцелулозния филм, като по този начин ще увеличи удължаването при счупване на филма [49-51]. Глутаралдехидът е често използван дезинфектант. В сравнение с други алдехиди, той е сравнително безопасен и има група на диалдехид в молекулата, а скоростта на кръстосано свързване е сравнително бърза. Може да се използва като кръстосано свързване на модификация на хидроксипропил метилцелулозен филм. Той може да регулира разтворимостта на водата на филма, така че филмът да може да се използва в повече случаи [52-55]. Добавяне на бамбукови листни антиоксиданти към хидроксипропил метилцелулозен филм за подобряване на антиоксидантните свойства на хидроксипропил метилцелулозен филм и разширяване на приложението му в опаковането на храни.

1.4 Предложение на темата

От настоящата изследователска ситуация, водоразтворимите филми са съставени главно от PVA филми, PEO филми, водни разтворими филми на базата на нишесте и протеини. Като материал на базата на петрол, PVA и PEO са невъзобновяеми ресурси и производственият процес на техните суровини може да бъде замърсен. Въпреки че Съединените щати, Япония и други страни са го посочили като нетоксично вещество, безопасността му все още е отворена за въпрос. Както вдишването, така и поглъщането са вредни за тялото [8] и не може да се нарече пълна зелена химия. Производственият процес на водни разтворими материали на основата на нишесте и протеини е безобиден и продуктът е безопасен, но те имат недостатъци на формирането на твърди филми, ниското удължаване и лесното счупване. Следователно, в повечето случаи те трябва да се приготвят чрез смесване с други материали като PVA. Стойността на използването не е висока. Следователно е от голямо значение да се разработи нов, възобновяем, водоразтворим опаковъчен филмов материал с отлично изпълнение, за да се подобрят дефектите на сегашния водоразтворим филм.

Хидроксипропил метилцелулозата е естествен полимерен материал, който е не само богат на ресурси, но и възобновяеми. Той има добра разтворимост във вода и филмови свойства и има условия за приготвяне на водоразтворими опаковъчни филми. Следователно, този документ възнамерява да приготви нов тип водоразтворим опаковъчен филм с хидроксипропил метилцелулоза като суровина и систематично оптимизира условията и съотношението си приготвяне и добавяне на подходящи пластификатори (глицерол и сорбитол). ), кръстосано свързване (глутаралдехид), антиоксидант (бамбуков листов антиоксидант) и подобряване на техните свойства, за да се приготвят хидроксипропилова група с по-добри изчерпателни свойства като механични свойства, оптични свойства, разтворимост на вода и антиоксидантни свойства. Метилцелулозният водоразтворим опаковъчен филм е от голямо значение за прилагането му като водоразтворим опаковъчен филмов материал.

1.5 Изследователско съдържание

Изследователското съдържание е както следва:

1) Водноразтворимият филм за опаковане на HPMC е подготвен чрез метод за формиране на филми за леене на разтвор, а свойствата на филма са анализирани за изследване на влиянието на концентрацията на течност, образуваща филма на HPMC, и температурата на формиране на филма върху работата на HPMC водоразтворимия опаковъчен филм.

2) Да се ​​проучат ефектите на пластификаторите на глицерол и сорбитол върху механичните свойства, разтворимостта на водата и оптичните свойства на водоразтворимите филми за опаковане на HPMC.

3) Да се ​​проучи ефекта на кръстосаното свързване на глутаралдехид върху разтворимостта на водата, механичните свойства и оптичните свойства на водни разтворими филми на HPMC.

4) Подготовка на AOB/HPMC воден разтворим опаковъчен филм. Изследвани са устойчивостта на окисляване, разтворимост на вода, механични свойства и оптични свойства на тънки филми AOB/HPMC.

Глава 2 Подготовка и свойства на хидроксипропил метил целулозен водоразтворим опаковъчен филм

2.1 Въведение

Хидроксипропил метилцелулозата е естествено целулозно производно. Той е нетоксична, не замърсява, възобновяеми, химически стабилни и има добра разтворимост на вода и свойства за формиране на филми. Това е потенциален водоразтворим опаковъчен филмов материал.

This chapter will use hydroxypropyl methylcellulose as raw material to prepare hydroxypropyl methylcellulose solution with a mass fraction of 2% to 6%, prepare water-soluble packaging film by solution casting method, and study the film-forming liquid Effects of concentration and film-forming temperature on film mechanical, optical, and water-solubility properties. Кристалните свойства на филма се характеризират с рентгенова дифракция, а якостта на опън, удължаване при счупване, светлинна пропускливост и мъгла на хидроксипропил метилцелулозния воден разтворим опаковъчен филм са анализирани чрез тест за тест, оптичен тест и тест за тестване на водата и разтворимост на водата.

2.2 Експериментален отдел

2.2.1 Експериментални материали и инструменти

2.2.2 Подготовка на образеца

1) Претегляне: претегляйте определено количество хидроксипропил метилцелулоза с електронен баланс.

2) Разтваряне: Добавете претеглената хидроксипропил метилцелулоза към подготвената дейонизирана вода, разбъркайте при нормална температура и налягане, докато тя бъде напълно разтворена, и след това го оставете да престои определен период от време (дефоумиране), за да се получи определена концентрация на състава. мембранна течност. Формулиран на 2%, 3%, 4%, 5%и 6%.

3) ФОРМИРАНЕ НА ФИЛМ: ① Подготовка на филми с различни концентрации на филмово образуване: инжектирайте разтвори на HPMC филми с различни концентрации в стъклени чинии на Петри, за да ги хвърляте филми, и ги поставете в взривна изсушаване на фурна при 40 ~ 50 ° C, за да изсушат и образуват филми. Приготвя се хидроксипропил метилцелулозен водоразтворим опаковъчен филм с дебелина 25-50 μm, а филмът се отлепва и поставя в кутия за сушене за употреба. ② Подпомагане на тънки филми при различни филмови температури (температури по време на сушене и формиране на филми): инжектирайте филмовия разтвор с концентрация от 5% hpmc в стъклена петрична ястие и се отличава с различни температури (30 ~ 70 ° C) Филмът се изсушава при насилствено изсушаване на въздуха. Приготвя се хидроксипропил метилцелулозен водоразтворим опаковъчен филм с дебелина около 45 μm и филмът беше обелен и поставен в сушене за употреба. Приготвеният хидроксипропил метилцелулозен водоразтворим опаковъчен филм за опаковане се нарича HPMC филм за кратко.

2.2.3 Характеристика и измерване на производителността

2.2.3.1 Анализ на дифракция с широк ъгъл (XRD)

Широкоъгълната рентгенова дифракция (XRD) анализира кристалното състояние на вещество на молекулно ниво. За определянето е използван рентгенов дифрактометър от тип ARL/XTRA, произведен от Thermo Arl Company в Швейцария. Условия за измерване: Източникът на рентгенови лъчи е била филтрирана от никел Cu-Kα линия (40kV, 40mA). Ъгълът на сканиране е от 0 ° до 80 ° (2θ). Скорост на сканиране 6 °/мин.

2.2.3.2 Механични свойства

Якостта на опън и удължението при счупване на филма се използват като критерии за преценка на неговите механични свойства, а якостта на опън (якост на опън) се отнася до напрежението, когато филмът произвежда максимална равномерна пластмасова деформация, а единицата е MPA. Удължаването при счупване (разбиване на удължението) се отнася до съотношението на удължението, когато филмът е разбит до първоначалната дължина, изразен в %. Използвайки инструмента за тестване на инструмента за тестване на инструмента (5943), миниатюрен електронна универсална машина за тестване на опън на инструмента (Шанхай), съгласно тест на GB13022-92 за свойства на опън на пластмасови филми, тествайте при 25 ° C, 50%RH условия, подбрани проби с еднаква дебелина и чиста повърхност без безсилие.

2.2.3.3 Оптични свойства

Оптичните свойства са важен показател за прозрачността на опаковките филми, включващи главно предаването и мъглата на филма. Предаването и мъглата на филмите се измерват с помощта на тестер за предавателна мъгла. Изберете тестова проба с чиста повърхност и без гънки, нежно я поставете върху тестовата стойка, фиксирайте я с вендуement чаша и измерете светлинното предаване и мъгла на филма при стайна температура (25 ° C и 50%RH). Пробата се тества 3 пъти и се приема средната стойност.

2.2.3.4 Разтворимост в водата

Нарежете 30 мм × 30 мм филм с дебелина около 45 μm, добавете 100мл вода към 200ml чаша, поставете филма в центъра на неподвижната водна повърхност и измерете времето, когато филмът да изчезне напълно [56]. Всяка проба се измерва 3 пъти и е взета средната стойност, а единицата е min.

2.2.4 Обработка на данни

Експерименталните данни бяха обработени от Excel и начертани от софтуера за произход.

2.3 Резултати и дискусии

2.3.1.1 XRD модели на HPMC тънки филми при различни концентрации на разтвор на филмово образуване на филми

Фиг.2.1 XRD на HPMC филми под различно съдържание на HP

Широкоъгълната рентгенова дифракция е анализът на кристалното състояние на веществата на молекулно ниво. Фигура 2.1 е моделът на дифракция на XRD на тънки филми на HPMC при различни концентрации на разтвор на филмово образуване. Има два дифракционни пика [57-59] (близо 9,5 ° и 20,4 °) във филма HPMC на фигурата. От фигурата може да се види, че с увеличаването на концентрацията на HPMC, дифракционните пикове на HPMC филма около 9,5 ° и 20,4 ° първо се засилват. и след това отслабва, степента на молекулно подреждане (подредена подредба) първо се увеличава и след това намалява. Когато концентрацията е 5%, подреденото подреждане на HPMC молекулите е оптимално. Причината за горното явление може да бъде, че с увеличаването на концентрацията на HPMC броят на кристалните ядра в филмовия разтвор се увеличава, като по този начин прави HPM молекулярното подреждане по-редовно. Когато концентрацията на HPMC надвишава 5%, пикът на дифракцията на XRD на филма отслабва. От гледна точка на подреждането на молекулярната верига, когато концентрацията на HPMC е твърде голяма, вискозитетът на филмовия разтвор е твърде висок, което затруднява придвижването на молекулните вериги и не може да бъде подредено във времето, като по този начин причинява степента на подреждане на HPMC филмите намалява.

2.3.1.2 Механични свойства на тънки филми на HPMC при различни концентрации на разтвор на филмово образуване.

Якостта на опън и удължението при счупване на филма се използват като критерии за преценка на неговите механични свойства, а якостта на опън се отнася до напрежението, когато филмът произвежда максималната равномерна пластмасова деформация. Удължението при почивка е съотношението на изместване към първоначалната дължина на филма при почивка. Измерването на механичните свойства на филма може да прецени приложението му в някои области.

Фиг.2.2 Ефектът на различното съдържание на HPMC върху механичните свойства на HPMC филмите

От фиг. 2.2, променящата се тенденция на якост на опън и удължаване при счупване на HPMC филм при различни концентрации на филмово-образуващ разтвор, може да се види, че силата на опън и удължаване при счупване на HPMC филм се увеличава първо с увеличаването на концентрацията на разтвор за формиране на филми за HPMC. Когато концентрацията на разтвора е 5%, механичните свойства на HPMC филмите са по -добри. Това е така, защото когато концентрацията на течност, формираща филма, е ниска, вискозитетът на разтвора е нисък, взаимодействието между молекулярните вериги е сравнително слабо и молекулите не могат да бъдат подредени по подреден начин, така че способността за кристализация на филма да е ниска и неговите механични свойства са лоши; Когато концентрацията на течност, образуваща филма, е 5 %, механичните свойства достигат оптималната стойност; Тъй като концентрацията на филмовата течност продължава да се увеличава, леенето и дифузията на разтвора стават по-трудни, което води до неравномерна дебелина на получения HPMC филм и повече повърхностни дефекти [60], което води до намаляване на механичните свойства на HPMC филмите. Следователно, концентрацията на 5% HPMC филмов формиращ разтвор е най-подходящата. Изпълнението на получения филм също е по -добро.

2.3.1.3 Оптични свойства на HPMC тънки филми при различни концентрации на разтвор на филмово образуване на филми

В опаковъчните филми светлинният пропуск и мъглата са важни параметри, показващи прозрачността на филма. Фигура 2.3 показва променящите се тенденции на предаването и мъглата на HPMC филмите при различни филмови течни концентрации. От фигурата може да се види, че с увеличаването на концентрацията на филмовия разтвор на HPMC, предаванието на HPMC филма постепенно намалява и мъглата се увеличава значително с увеличаването на концентрацията на филмовия разтвор.

Фиг.2.3 Ефектът на различното съдържание на HPMC върху оптичното свойство на HPMC филмите

Има две основни причини: Първо, от гледна точка на числата концентрация на дисперсираната фаза, когато концентрацията е ниска, числата концентрация има доминиращ ефект върху оптичните свойства на материала [61]. Следователно, с увеличаването на концентрацията на филмовия разтвор на HPMC, плътността на филма се намалява. Светлинната предаване намалява значително и мъглата се увеличава значително. Второ, от анализа на процеса на създаване на филми, това може да е така, защото филмът е направен чрез метода за формиране на филми за леене на разтвор. Увеличаването на трудността на удължаването води до намаляване на гладкостта на повърхността на филма и намаляването на оптичните свойства на филма HPMC.

2.3.1.

Водната разтворимост на водоразтворими филми е свързана с тяхната концентрация, образуваща филмов. Изрежете 30 мм × 30 мм филма, направени с различни концентрации, образуващи филми, и маркирайте филма с „+“, за да измерите времето, когато филмът да изчезне напълно. Ако филмът се увива или се придържа към стените на чашата, повторно тестет. Фигура 2.4 е тенденцията диаграма на разтворимостта на водата на HPMC филмите при различни концентрации на течност, образуващи филми. От фигурата може да се види, че с увеличаването на концентрацията на течност, формираща филмова, водоразтворимото време на HPMC филмите става по-дълго, което показва, че разтворимостта на водата на HPMC филмите намалява. Спекулира се, че причината може да бъде, че с увеличаването на концентрацията на филмовия разтвор на HPMC, вискозитетът на разтвора се увеличава и междумолекулната сила се укрепва след гелиране, което води до отслабване на дифузивността на HPMC филма във водата и намаляването на разтворимостта на водата.

Фиг.2.4 Ефектът на различното съдържание на HPMC върху разтворимостта на водата на HPMC филмите

2.3.2 Ефект от температурата на образуване на филми върху тънки филми HPMC

2.3.2.1 XRD модели на HPMC тънки филми при различни филми, образуващи температури

Фиг.2.5 XRD на HPMC филми при различна температура на формиране на филми

Фигура 2.5 показва XRD моделите на тънки филми на HPMC при различни филмови, образуващи температури. Два дифракционни пика при 9,5 ° и 20,4 ° бяха анализирани за филма на HPMC. От гледна точка на интензивността на дифракционните пикове, с повишаването на температурата на формиране на филма, дифракционните пикове на двете места първо се увеличават и след това отслабват, а способността за кристализация първо се увеличава и след това намалява. Когато температурата на формиране на филма е 50 ° С, подреденото подреждане на HPMC молекули от гледна точка на ефекта на температурата върху хомогенното ядрено, когато температурата е ниска, вискозитетът на разтвора е висок, скоростта на растеж на кристалните ядра е малка и кристализацията е трудна; Тъй като температурата на формиране на филма постепенно се повишава, скоростта на ядреност се увеличава, движението на молекулната верига се ускорява, молекулната верига лесно се подрежда около кристалното ядро ​​по подреждане и е по-лесно да се образува кристализация, така че кристализацията ще достигне максималната стойност при определена температура; Ако температурата на формиране на филма е твърде висока, молекулното движение е твърде насилствено, образуването на кристалното ядро ​​е трудно и образуването на ядрената ефективност е ниско и е трудно да се образуват кристали [62,63]. Следователно кристалността на HPMC филмите се увеличава първо и след това намалява с повишаването на температурата на образуване на филми.

2.3.2.2 Механични свойства на HPMC тънки филми при различни филми, образуващи температури

Промяната на температурата на формиране на филма ще има известна степен на влияние върху механичните свойства на филма. Фигура 2.6 показва променящата се тенденция на якост на опън и удължаване при счупване на HPMC филми при различни филмови, образуващи температури. В същото време той показа тенденция за увеличаване на първо и след това намалява. Когато температурата на образуване на филм беше 50 ° C, якостта на опън и удължаване при счупване на HPMC филма достигна максималните стойности, които бяха съответно 116 MPa и 32%.

Фиг.2.6 Ефектът от температурата на формиране на филма върху механичните свойства на HPMC филмите

От гледна точка на молекулярното подреждане, колкото по -голямо е подреденото подреждане на молекулите, толкова по -добра е якостта на опън [64]. От фиг. 2.5 XRD модели на HPMC филми при различни температури на формиране на филми, се вижда, че с повишаването на температурата на образуване на филми, подреденото подреждане на HPMC молекулите първо се увеличава и след това намалява. Когато температурата на образуване на филми е 50 ° C, степента на подредената подредба е най -голямата, така че якостта на опън на HPMC филмите първо се увеличава и след това намалява с повишаването на температурата на формиране на филма, а максималната стойност се появява при филма, образуваща температура от 50 ℃. Удължението при почивка показва тенденция за увеличаване на първо и след това намалява. Причината може да е, че с повишаването на температурата, подреденото подреждане на молекулите първо се увеличава и след това намалява, а кристалната структура, образувана в полимерната матрица, се диспергира в нецистализираната полимерна матрица. В матрицата се образува физическа омрежена структура, която играе определена роля за засилване [65], като по този начин се насърчава удължението при счупване на филма HPMC, за да се появи пик при температурата на образуване на филма от 50 ° C.

2.3.2.3 Оптични свойства на HPMC филми при различни филми, образуващи температури

Фигура 2.7 е кривата на промяна на оптичните свойства на HPMC филмите при различни филмови температури. От фигурата може да се види, че с повишаването на температурата на формиране на филма, предаването на HPMC филм постепенно се увеличава, мъглата постепенно намалява и оптичните свойства на HPMC филма постепенно стават по -добри.

Фиг.2.7 Ефектът от температурата на формиране на филма върху оптичното свойство на HPMC

Според влиянието на температурата и водните молекули върху филма [66], когато температурата е ниска, водните молекули съществуват в HPMC под формата на свързана вода, но тази свързана вода постепенно ще се изпари и HPMC е в стъклено състояние. Волатилизацията на филма образува дупки в HPMC и след това се образува разсейване на дупките след светло облъчване [67], така че светлинната пропускливост на филма е ниска и мъглата е висока; Тъй като температурата се увеличава, молекулните сегменти на HPMC започват да се движат, дупките, образувани след изпарянето на водата, се запълват, дупките постепенно намаляват, степента на разсейване на светлината в дупките се увеличава, а пропускането се увеличава.

2.3.2.4 Разтворимост на водата на HPMC филми при различни филми, образуващи температури

Фигура 2.8 показва кривите на разтворимост на водата на HPMC филмите при различни филмови, образуващи температури. От фигурата може да се види, че времето за разтворимост на водата на HPMC филмите се увеличава с повишаването на температурата на образуването на филми, тоест разтворимостта на водата на HPMC филмите става по -лоша. С повишаването на температурата на формирането на филма, скоростта на изпаряване на водните молекули и скоростта на желиране се ускоряват, движението на молекулните вериги се ускорява, молекулярното разстояние се намалява и молекулярното подреждане на повърхността на филма е по-плътно, което затруднява водните молекули да навлязат между молекулите на HPMC. Разтворимостта на водата също се намалява.

Фиг.2.8 Ефектът от температурата на формиране на филма върху разтворимостта на водата на HPMC филм

2.4 Обобщение на тази глава

В тази глава се използва хидроксипропил метилцелулоза като суровина за приготвяне на HPMC воден разтворим филм за опаковане чрез метод за оформяне на филми за леене на разтвор. Кристалността на HPMC филма е анализирана чрез XRD дифракция; Механичните свойства на филма за опаковане на водоснабдяване на HPMC бяха тествани и анализирани от микроелектронна универсална машина за тестване на опън, а оптичните свойства на HPMC филма бяха анализирани чрез тестер на леко предаване на Haze. Времето за разтваряне във вода (време за разтворимост на вода) се използва за анализ на неговата разтворимост на вода. Следните изводи са направени от горните изследвания:

1) Механичните свойства на HPMC филмите първо се увеличават и след това намаляват с увеличаването на концентрацията на филмовия разтвор и първо се увеличават и след това намаляват с повишаването на температурата на формиране на филма. Когато концентрацията на филмовия разтвор на HPMC е 5%, а температурата на формиране на филма е 50 ° C, механичните свойства на филма са добри. По това време силата на опън е около 116MPa, а удължението при почивка е около 31%;

2) оптичните свойства на HPMC филмите намаляват с увеличаването на концентрацията на филмовия разтвор и постепенно се увеличават с повишаването на температурата на формиране на филма; Изчерпателно се отчита, че концентрацията на филмовия разтвор не трябва да надвишава 5%, а температурата на формирането на филма не трябва да надвишава 50 ° C

3) Водната разтворимост на HPMC филмите показа тенденция надолу с увеличаването на концентрацията на филмовия разтвор и повишаването на температурата на формиране на филма. Когато концентрацията на 5% HPMC филмово-образуващ разтвор и филмовата форма на формиране от 50 ° С, времето за разрешаване на водата на филма е 55 минути.

Глава 3 Ефекти на пластификаторите върху HPMC водни разтворими опаковъчни филми

3.1 Въведение

Като нов тип натурален полимерен материал HPMC водоразтворим опаковъчен филм има добра перспектива за развитие. Хидроксипропил метилцелулозата е естествено целулозно производно. Той е нетоксична, не замърсена, възобновяема, химически стабилна и има добри имоти. Водно разтворим и филмов формиращ, той е потенциален водоразтворим опаковъчен филмов материал.

Предишната глава обсъди приготвянето на водоразтворим филм за опаковане на HPMC, като използва хидроксипропил метилцелулоза като суровина чрез метод за оформяне на филмов разтвор и ефекта от концентрацията на течност, образуваща филмова и образуване на филмова форма на хидроксипропил метилцелулозен водопроводник. Въздействие на производителността. Резултатите показват, че силата на опън на филма е около 116MPa, а удължаването при почивка е 31% при оптималните условия на концентрация и процеса. Издръжливостта на подобни филми е лоша при някои приложения и се нуждае от допълнително подобрение.

В тази глава, хидроксипропил метилцелулозата все още се използва като суровина, а водоразтворимият опаковъчен филм се приготвя чрез метод за формиране на филми за леене на разтвор. , удължаване при счупване), оптични свойства (предаване, мъгла) и разтворимост в водата.

3.2 Експериментален отдел

3.2.1 Експериментални материали и инструменти

Таблица 3.1 Експериментални материали и спецификации

Таблица 3.2 Експериментални инструменти и спецификации

3.2.2 Подготовка на пробата

1) Претегляне: претегляйте определено количество хидроксипропил метилцелулоза (5%) и сорбитол (0,05%, 0,15%, 0,25%, 0,35%, 0,45%) с електронен баланс и използвайте спринцовка за измерване на алкохол на глицерол (0,05%, 0,15%, 0,25%, 0,35%, 0,45%).

2) Разтваряне: Добавете претеглената хидроксипропил метилцелулоза в подготвената дейонизирана вода, разбъркайте при нормална температура и налягане, докато тя бъде напълно разтворена, и след това добавете съответно глицерол или сорбитол в различни масови фракции. В хидроксипропил метилцелулозния разтвор разбъркайте за определен период от време, за да го направите равномерно смесена, и го оставете да престои 5 минути (дефоумиране), за да се получи определена концентрация на филмова течност.

3) Изработка на филми: Инжектирайте течността, образуваща филма в стъклена чаша на Петри и я хвърлете, за да образувате филм, оставете го да престои определен период от време, за да го направи гел, а след това го поставете в взривна сушене на фурна, за да изсъхне и да образува филм, за да се направи филм с дебелина 45 μm. След като филмът е поставен в кутия за сушене за употреба.

3.2.3 Характеристика и тестване на производителността

3.2.3.1 Анализ на инфрачервена абсорбционна спектроскопия (FT-IR)

Инфрачервената абсорбционна спектроскопия (FTIR) е мощен метод за характеризиране на функционалните групи, съдържащи се в молекулната структура и за идентифициране на функционални групи. Инфрачервеният абсорбционен спектър на филма за опаковане на HPMC се измерва с помощта на инфрачервен спектрометър Nicolet 5700 Fourier Transform, произведен от Thermoelectric Corporation. В този експеримент е използван методът на тънките филми, обхватът на сканиране е 500-4000 cm-1, а броят на сканирането е 32. Пробните филми са изсушени в сушеща фурна при 50 ° С в продължение на 24 часа за инфрачервена спектроскопия.

3.2.3.2 Широкоъгълна рентгенова дифракция (XRD) Анализ: Същото като 2.2.3.1

3.2.3.3 Определяне на механичните свойства

Якостта на опън и удължението при счупване на филма се използват като параметри за преценка на неговите механични свойства. Удължението при счупване е съотношението на изместването към първоначалната дължина, когато филмът е счупен, в %. Използвайки инструмента за тестване на инструмента за тестване на инструмента (5943), в съответствие с метода за изпитване на инструмент (Shanghai), в съответствие с метода на тестване на GB13022-92 за свойства на опън на пластмасови филми, тествайте при 25 ° C, 50% RH условия, подбрани проби с еднаква дебелина и чиста повърхност без безсилие.

3.2.3.4 Определяне на оптичните свойства: същото като 2.2.3.3

3.2.3.5 Определяне на разтворимостта в водата

Нарежете 30 мм × 30 мм филм с дебелина около 45 μm, добавете 100мл вода към 200ml чаша, поставете филма в центъра на неподвижната водна повърхност и измерете времето, когато филмът да изчезне напълно [56]. Всяка проба се измерва 3 пъти и е взета средната стойност, а единицата е min.

3.2.4 Обработка на данни

Експерименталните данни бяха обработени от Excel, а графиката беше изготвена от софтуера за произход.

3.3 Резултати и дискусии

3.3.1 Ефекти на глицерол и сорбитол върху инфрачервения абсорбционен спектър на HPMC филми

а) глицерол (б) сорбитол

Фиг.3.1 ft-ir на HPMC филмите под различен глицерол или концентрат на сорбитолум

Инфрачервената абсорбционна спектроскопия (FTIR) е мощен метод за характеризиране на функционалните групи, съдържащи се в молекулната структура и за идентифициране на функционални групи. Фигура 3.1 показва инфрачервените спектри на HPMC филми с различни добавки на глицерол и сорбитол. От фигурата може да се види, че характерните вибрационни пикове на скелетите на HPMC филмите са главно в двата региона: 2600 ~ 3700cm-1 и 750 ~ 1700cm-1 [57-59], 3418cm-1

Близките абсорбционни ленти са причинени от вибрацията на разтягането на OH връзката, 2935 cm-1 е пикът на абсорбция на -CH2, 1050cm-1 е пикът на абсорбция на -Co- и -coc- на първичните и вторичните хидроксилни групи, а 1657cm-1 е пиковата пика на хидроксиловата група. Абсорбционният пик на хидроксилната група във вибрацията на разтягането на рамката, 945cM -1 е люлеещият се пик на абсорбция на -CH3 [69]. Абсорбционните пикове при 1454cm-1, 1373cm-1, 1315cm-1 и 945cm-1 са присвоени на асиметричните вибрации на симетрична деформация, съответно в равнина и извън равнината вибрации на -CH3 [18]. След пластификация в инфрачервения спектър на филма не се появяват нови пикове на абсорбция, което показва, че HPMC не е претърпял съществени промени, тоест пластификаторът не е унищожил структурата му. С добавянето на глицерол, разтягащият се вибрационен пик на -OH при 3418cm-1 от отслабен HPMC филм, а пикът на абсорбция при 1657 см-1, абсорбционният пик при 1050 см-1 отслабва, а пиковете на абсорбция на -ко- и -кок- върху първичните и вторичните хидроксилни групи; С добавянето на сорбитол към филма HPMC, вибрациите на вибрацията -OH-OH при 3418 см-1 отслабват, а върховете на абсорбцията при 1657 см-1 отслабват. . Промените на тези пикове на абсорбция са причинени главно от индуктивни ефекти и междумолекулна водородна връзка, които ги карат да се променят със съседните -CH3 и -CH2 ленти. Поради малкия, поставянето на молекулни вещества пречи на образуването на междумолекулни водородни връзки, така че якостта на опън на пластизирания филм намалява [70].

3.3.2 Ефекти на глицерол и сорбитол върху XRD моделите на HPMC филми

а) глицерол (б) сорбитол

Фиг.3.2 XRD на HPMC филми под различен глицерол или сорбитолум концентра

Широкоъгълната рентгенова дифракция (XRD) анализира кристалното състояние на веществата на молекулно ниво. За определянето е използван рентгенов дифрактометър от тип ARL/XTRA, произведен от Thermo Arl Company в Швейцария. Фигура 3.2 е XRD модели на HPMC филми с различни добавки на глицерол и сорбитол. С добавянето на глицерол интензивността на дифракционните пикове при 9,5 ° и 20,4 ° отслабва; С добавянето на сорбитол, когато количеството на добавянето е 0,15%, дифракционният пик при 9,5 ° е засилен и пикът на дифракцията при 20,4 ° е отслабен, но общият интензитет на дифракционната пика е по -нисък от този на HPMC филма без сорбитол. С непрекъснатото добавяне на сорбитол пикът на дифракцията при 9,5 ° отново отслабва и дифракционният пик при 20,4 ° не се промени значително. Това е така, защото добавянето на малки молекули от глицерол и сорбитол нарушава подреденото подреждане на молекулни вериги и унищожава оригиналната кристална структура, като по този начин намалява кристализацията на филма. От фигурата може да се види, че глицеролът има голямо влияние върху кристализацията на HPMC филмите, което показва, че глицеролът и HPMC имат добра съвместимост, докато сорбитолът и HPMC имат лоша съвместимост. От структурния анализ на пластификаторите, сорбитолът има структура на захарния пръстен, подобна на тази на целулозата, и нейният стеричен възпрепятстващ ефект е голям, което води до слабо интерпенетиране между молекулите на сорбитола и целулозните молекули, така че има малък ефект върху кристализацията на целулозата.

[48].

3.3.3 Ефекти на глицерол и сорбитол върху механичните свойства на HPMC филмите

Якостта и удължаването на опън при счупване на филма се използват като параметри за преценка на неговите механични свойства и измерването на механичните свойства може да прецени приложението му в определени области. Фигура 3.3 показва промяната в якостта на опън и удължаването при счупване на HPMC филми след добавяне на пластификатори.

Фиг.3.3 Ефектът на глицерол или сорбитолумон върху машинните свойства на HPMC филмите

От фигура 3.3 (а) може да се види, че с добавянето на глицерол удължаването при счупване на филма HPMC първо се увеличава и след това намалява, докато якостта на опън първо намалява бързо, след това се увеличава бавно и след това продължава да намалява. Удължаването при счупване на HPMC филм първо се увеличава и след това намалява, тъй като глицеролът има повече хидрофилни групи, което прави молекулите на материала и водните да имат силен ефект на хидратация [71], като по този начин подобрява гъвкавостта на филма. С непрекъснатото увеличаване на добавянето на глицерол, удължението при счупване на HPMC филм намалява, това е така, защото глицеролът прави молекулярната верига на HPMC по -голям и заплитането между макромолекулите точката е намалена и филмът е предразположен да се счупи, когато филмът е напрегнат, като по този начин намалява продължителността при счупване на филма. Причината за бързото намаляване на якостта на опън е: добавянето на малки молекули на глицерол нарушава тясното подреждане между молекулните вериги HPMC, отслабва силата на взаимодействие между макромолекулите и намалява якостта на опън на филма; Якостта на опън Малко увеличение от гледна точка на подреждането на молекулната верига, подходящият глицерол увеличава гъвкавостта на молекулните вериги HPMC в известна степен, насърчава подреждането на полимерните молекулни вериги и прави лекотата на опън на филма леко се увеличава; Въпреки това, когато има твърде много глицерол, молекулярните вериги се отписват едновременно с подреденото подреждане, а скоростта на дезартиране е по-висока от тази на подредената подредба [72], която намалява кристализацията на филма, което води до ниска якост на напрежение на HPMC филма. Тъй като засилващият се ефект е за сметка на силата на опън на филма HPMC, количеството на добавения глицерол не трябва да бъде твърде много.

Както е показано на фигура 3.3 (б), с добавянето на сорбитол, удължението при счупване на филма HPMC първо се увеличава и след това намалява. Когато количеството на сорбитола е 0,15%, удължението при счупване на филма HPMC достига 45%, а след това удължението при счупване на филма постепенно намалява отново. Якостта на опън намалява бързо и след това се колебае около 50MP с непрекъснатото добавяне на сорбитол. Вижда се, че когато количеството на добавения сорбитол е 0,15%, пластизиращият ефект е най -добрият. Това е така, защото добавянето на малки молекули на сорбитол нарушава редовното подреждане на молекулните вериги, което прави пролуката между молекулите по -голяма, силата на взаимодействие се намалява и молекулите са лесни за плъзгане, така че удължаването при счупване на филма се увеличава и намаляването на силата на опън. Тъй като количеството на сорбитола продължава да се увеличава, удължението при счупване на филма отново намалява, тъй като малките молекули на сорбитола бяха напълно разпръснати между макромолекулите, което води до постепенното намаляване на точките на заплитане между макромолекулите и намаляването на удължаването при счупване на филма.

Сравняването на пластизиращите ефекти на глицерол и сорбитол върху HPMC филми, добавянето на 0,15% глицерол може да увеличи удължението при счупване на филма до около 50%; Докато добавянето на 0,15% сорбитол може само да увеличи удължението при счупване на филма, скоростта достига около 45%. Якостта на опън намалява и намаляването е по -малко, когато се добавя глицерол. Вижда се, че пластизиращият ефект на глицерола върху HPMC филм е по -добър от този на сорбитола.

3.3.4 Ефекти на глицерол и сорбитол върху оптичните свойства на HPMC филмите

а) глицерол (б) сорбитол

Фиг.3.4 Ефектът на оптичното свойство на глицерол или сорбитолумон на HPMC филми

Светлинната пропускливост и мъглата са важни параметри на прозрачността на опаковката. Видимостта и яснотата на пакетираните стоки зависят главно от светлинната пропускливост и мъгла на опаковката. Както е показано на фигура 3.4, добавянето на глицерол и сорбитол повлия на оптичните свойства на HPMC филмите, особено на мъглата. Фигура 3.4 (а) е графика, показваща ефекта на добавянето на глицерол върху оптичните свойства на HPMC филмите. С добавянето на глицерол, предаването на HPMC филми първо се увеличава и след това намалява, достигайки максимална стойност около 0,25%; Храшата се увеличава бързо и след това бавно. От горния анализ може да се види, че когато количеството на добавянето на глицерол е 0,25%, оптичните свойства на филма са по -добри, така че количеството на добавянето на глицерол не трябва да надвишава 0,25%. Фигура 3.4 (б) е графика, показваща ефекта на добавянето на сорбитол върху оптичните свойства на HPMC филмите. От фигурата може да се види, че с добавянето на сорбитол мъглата на HPMC филмите се увеличава първо, след това намалява бавно и след това се увеличава, а предаването се увеличава първо и след това се увеличава. намалява и светлинната пропускливост и мъгла се появяват пикове едновременно, когато количеството на сорбитола е 0,45%. Вижда се, че когато количеството на добавения сорбитол е между 0,35 и 0,45%, неговите оптични свойства са по -добри. Сравнявайки ефектите на глицерол и сорбитол върху оптичните свойства на HPMC филмите, може да се види, че сорбитолът има малък ефект върху оптичните свойства на филмите.

Най -общо казано, материалите с висока светлина на предаванието ще имат по -ниска мъгла и обратно, но това не винаги е така. Някои материали имат високо осветление, но също така и високи стойности на мъглата, като тънки филми като замръзнало стъкло [73]. Филмът, приготвен в този експеримент, може да избере подходящия пластификатор и количество добавяне според нуждите.

3.3.5 Ефекти на глицерол и сорбитол върху разтворимостта на водата на HPMC филмите

(A) Глицерол （B） Сорбитол

Фиг.3.5 Ефектът на разтворимостта на глицерол или сорбитолумон на HPMC филми

Фигура 3.5 показва ефекта на глицерол и сорбитол върху разтворимостта на водата на HPMC филмите. От фигурата може да се види, че с увеличаването на съдържанието на пластификатор времето за разтворимост на водата на HPMC филмът се удължава, тоест разтворимостта на водата на HPMC филм постепенно намалява и глицеролът има по -голямо влияние върху разтворимостта на водата на HPMC филм от сорбитола. Причината, поради която хидроксипропил метилцелулозата има добра разтворимост на вода, се дължи на наличието на голям брой хидроксилни групи в молекулата си. От анализа на инфрачервения спектър може да се види, че с добавянето на глицерол и сорбитол хидроксилната вибрационна пика на HPMC филма отслабва, което показва, че броят на хидроксилните групи в молекулата на HPMC намалява и хидрофилната група намалява, така че разтворимостта на водата на HPMC филмовия филм намалява.

3.4 Раздели на тази глава

Чрез горния анализ на ефективността на HPMC филмите се вижда, че пластификаторите глицерол и сорбитолът подобряват механичните свойства на HPMC филмите и увеличават удължаването при счупване на филмите. Когато добавянето на глицерол е 0,15%, механичните свойства на HPMC филмите са сравнително добри, якостта на опън е около 60MPa, а удължението при почивка е около 50%; Когато добавянето на глицерол е 0,25%, оптичните свойства са по -добри. Когато съдържанието на сорбитол е 0,15%, якостта на опън на HPMC филма е около 55MPa, а удължението при счупване се увеличава до около 45%. Когато съдържанието на сорбитол е 0,45%, оптичните свойства на филма са по -добри. И двата пластификатора намалиха разтворимостта на водата на HPMC филмите, докато сорбитолът имаше по -малък ефект върху разтворимостта на водата на HPMC филмите. Сравнението на ефектите на двата пластификатора върху свойствата на HPMC филмите показва, че пластизиращият ефект на глицерола върху HPMC филмите е по -добър от този на сорбитола.

Глава 4 Ефекти на омрежващите агенти върху филмите за опаковане на водни разтворими HPMC

4.1 Въведение

Хидроксипропил метилцелулозата съдържа много хидроксилни групи и хидроксипропокси групи, така че има добра разтворимост на вода. Този документ използва добрата си разтворимост във вода, за да подготви нов зелен и екологичен водоразтворим опаковъчен филм. В зависимост от прилагането на водоразтворимия филм, в повечето приложения се изисква бързо разтваряне на водоразтворимия филм, но понякога се желае и забавено разтваряне [21].

Следователно, в тази глава, глутаралдехидът се използва като модифициран кръстосано свързващ агент за водоразтворимия опаковъчен филм на хидроксипропил метилцелулоза, а повърхността му е омрежена, за да променя филма, за да се намали водоснабдителната способност на филма и да забави времето за отстраняване на водата. Ефектите от различни добавки на обем на глутаралдехид върху разтворимостта на водата, механичните свойства и оптичните свойства на хидроксипропил метилцелулозните филми са проучени главно.

4.2 Експериментална част

4.2.1 Експериментални материали и инструменти

Таблица 4.1 Експериментални материали и спецификации

4.2.2 Подготовка на образеца

1) претегляне: претегляйте определено количество хидроксипропил метилцелулоза (5%) с електронен баланс;

2) Dissolution: the weighed hydroxypropyl methylcellulose is added to the prepared deionized water, stirred at room temperature and pressure until completely dissolved, and then different amounts of glutaraldehyde (0.19% 0.25% 0.31%, 0.38%, 0.44%), stirred evenly, let stand for a certain period of time (defoaming), and the film-forming liquid with different Получават се глутаралдехид добавени количества;

3) Изработка на филми: Инжектирайте филма, образуващ течност в стъклената чаша на Петри и хвърлете филма, поставете го в кутията за сушене на въздух от 40 ~ 50 ° C, за да изсушите филма, да направите филм с дебелина 45 μm, да разкриете филма и да го поставите в кутията за сушене за резервно копие.

4.2.3 Характеристика и тестване на производителността

4.2.3.1 Анализ на инфрачервена абсорбционна спектроскопия (FT-IR)

Инфрачервеното засмукване на HPMC филми се определя с помощта на инфрачервения спектрометър Nicolet 5700 Fourier, произведен от Американската термоелектрическа компания, затвори спектъра.

4.2.3.2 Анализ на дифракция с широк ъгъл (XRD)

Широкоъгълната рентгенова дифракция (XRD) е анализът на състоянието на кристализация на вещество на молекулно ниво. В този документ състоянието на кристализация на тънките филми се определя с помощта на рентгенов дифрактометър ARL/XTRA, произведен от Thermo Arl на Швейцария. Условия за измерване: Източникът на рентгенови лъчи е никелов филтър Cu-Kα линия (40 kV, 40 mA). Ъгъл на сканиране от 0 ° до 80 ° (2θ). Скорост на сканиране 6 °/мин.

4.2.3.3 Определяне на разтворимостта на водата: същото като 2.2.3.4

4.2.3.4 Определяне на механичните свойства

Използвайки инструмента за тестване на инструмента за тестване на инструмента (5943), миниатюрен електронна универсална тестова машина за тестване на опън (Шанхай), съгласно тест на GB13022-92 за свойства на опън на пластмасови филми, тествайте при 25 ° C, 50% RH условия, избира проби с еднаква дебелина и чиста повърхност без безсилие.

4.2.3.5 Определяне на оптичните свойства

С помощта на тестер за леко предаване на предавател, изберете проба, която да бъде тествана с чиста повърхност и без гънки, и измерете светлинната пропускливост и мъгла на филма при стайна температура (25 ° C и 50%RH).

4.2.4 Обработка на данни

Експерименталните данни бяха обработени от Excel и графирани от Origin Software.

4.3 Резултати и дискусии

4.3.1 Спектри на инфрачервена абсорбция на глутаралдехид-кръстосани HPMC филми

Фиг.4.1 FT-IR на HPMC филми под различно съдържание на глутаралдехид

Инфрачервената абсорбционна спектроскопия е мощно средство за характеризиране на функционалните групи, съдържащи се в молекулната структура и за идентифициране на функционални групи. За да се разберат по -нататъшно структурните промени на хидроксипропил метилцелулозата след модификация, инфрачервените тестове се провеждат върху HPMC филми преди и след модификация. Фигура 4.1 показва инфрачервените спектри на HPMC филми с различни количества глутаралдехид и деформацията на HPMC филми

Вибрационните абсорбционни пикове на -OH са близо 3418cm-1 и 1657cm-1. Comparing the crosslinked and uncrosslinked infrared spectra of HPMC films, it can be seen that with the addition of glutaraldehyde, the vibrational peaks of -OH at 3418cm-1 and 1657cm- The absorption peak of hydroxyl group on 1 hydroxypropoxy group was significantly weakened, indicating that the number of hydroxyl groups in the HPMC молекулата е намалена, която се причинява от реакцията на кръстосано свързване между някои хидроксилни групи на HPMC и групата на диалдехид върху глутаралдехид [74]. В допълнение, беше установено, че добавянето на глутаралдехид не промени позицията на всеки характерен пик на абсорбция на HPMC, което показва, че добавянето на глутаралдехид не унищожава групите на самия HPMC.

4.3.2 XRD модели на глутаралдехид-кръстосани HPMC филми

Чрез извършване на рентгенова дифракция върху материал и анализиране на неговия дифракционен модел е метод на изследване за получаване на информация като структура или морфология на атоми или молекули вътре в материала. Фигура 4.2 показва XRD моделите на HPMC филми с различни добавки на глутаралдехид. С увеличаването на добавянето на глутаралдехид, интензивността на дифракционните пикове на HPMC около 9,5 ° и 20,4 ° отслабва, тъй като алдехидите върху глутаралдехидната молекула отслабват. Реакцията на кръстосана връзка възниква между хидроксилната група и хидроксилната група върху HPMC молекулата, която ограничава подвижността на молекулната верига [75], като по този начин намалява подредената способност на HPMC молекулата.

Фиг.4.2 XRD на HPMC филми под различно съдържание на глутаралдехид

4.3.3 Ефектът на глутаралдехид върху разтворимостта на водата на HPMC филмите

Фиг.4.3 Ефектът на глутаралдехид върху разтворимостта на водата на HPMC филмите

От фигура 4.3 Ефектът от различни добавки на глутаралдехид върху разтворимостта на водата на HPMC филмите, може да се види, че с увеличаването на дозата на глутаралдехид, времето за разтворимост на водата на HPMC филмите се удължава. Реакцията на кръстосана връзка възниква при групата на алдехид върху глутаралдехид, което води до значително намаляване на броя на хидроксилните групи в HPMC молекулата, като по този начин се удължава разтворимостта на водата на HPMC филма и намалява разтворимостта на водата на HPMC филма.

4.3.4 Ефект на глутаралдехид върху механичните свойства на HPMC филмите

Фиг.4.4 Ефектът на глутаралдехид върху силата на опън и разрушаването на удължаването на HPMC филмите

За да се изследва ефекта на съдържанието на глутаралдехид върху механичните свойства на HPMC филмите, бяха тествани якостта на опън и удължаване при счупване на модифицираните филми. Например, 4.4 е графиката на ефекта на добавянето на глутаралдехид върху силата на опън и удължаване при счупване на филма. С увеличаването на добавянето на глутаралдехид, якостта на опън и удължаване при счупване на HPMC филми се увеличи първо и след това намалява. тенденцията на. Since the cross-linking of glutaraldehyde and cellulose belongs to etherification cross-linking, after adding glutaraldehyde to the HPMC film, the two aldehyde groups on the glutaraldehyde molecule and the hydroxyl groups on the HPMC molecule undergo a cross-linking reaction to form ether bonds, increasing the mechanical properties of HPMC филми. С непрекъснатото добавяне на глутаралдехид плътността на кръстосаното свързване в разтвора се увеличава, което ограничава относителното плъзгане между молекулите и молекулните сегменти не се ориентират лесно при действието на външната сила, което показва, че механичните свойства на HPMC тънки филми намаляват макроскопично [76]. От фигура 4.4 ефектът на глутаралдехид върху механичните свойства на HPMC филмите показва, че когато добавянето на глутаралдехид е 0,25%, ефектът на омрежване е по -добър, а механичните свойства на HPMC филмите са по -добри.

4.3.5 Ефектът на глутаралдехид върху оптичните свойства на HPMC филмите

Светлинната пропускливост и мъглата са два много важни параметъра на оптичната производителност на опаковъчните филми. Колкото по -голяма е предаването, толкова по -добра е прозрачността на филма; Маранята, известна още като мътност, показва степента на неясна част на филма и колкото по -голяма е мъглата, толкова по -лоша е яснотата на филма. Фигура 4.5 е кривата на влияние на добавянето на глутаралдехид върху оптичните свойства на HPMC филмите. От фигурата може да се види, че с увеличаването на добавянето на глутаралдехид светлинният предавател първо бавно се увеличава, след това се увеличава бързо и след това намалява бавно; Мъжете първо намалява и след това се увеличава. Когато добавянето на глутаралдехид е 0,25%, предаването на HPMC филм достига максималната стойност от 93%, а мъглата достигна минималната стойност от 13%. По това време оптичното представяне беше по -добро. Причината за увеличаването на оптичните свойства е реакцията на кръстосано свързване между глутаралдехидните молекули и хидроксипропил метилцелулоза, а междумолекулната подредба е по-компактна и равномерна, което увеличава оптичните свойства на HPMC филмите [77-79]. Когато кръстосаното свързване е прекомерно, местата на кръстосано свързване са свръхнаситени, относителното плъзгане между молекулите на системата е трудно и явлението гел е лесно да се случи. Следователно, оптичните свойства на HPMC филмите са намалени [80].

Фиг.4.5 Ефектът на глутаралдехид върху оптичното свойство на HPMC филмите

4.4 Раздели на тази глава

Чрез горния анализ се правят следните заключения:

1) Инфрачервеният спектър на глутаралдехид-кръстосания HPMC филм показва, че глутаралдехидът и HPMC филмът претърпяват реакция на кръстосано свързване.

2) По -подходящо е да се добави глутаралдехид в диапазона от 0,25% до 0,44%. Когато количеството на добавянето на глутаралдехид е 0,25%, всеобхватните механични свойства и оптичните свойства на HPMC филма са по -добри; След кръстосано свързване, разтворимостта на водата на HPMC филма се удължава и разтворимостта на водата се намалява. Когато количеството на добавянето на глутаралдехид е 0,44%, времето за разтворимост на водата достига около 135 минути.

Глава 5 Естествен антиоксидант HPMC Воден разтворим опаковъчен филм

5.1 Въведение

За да се разшири прилагането на хидроксипропил метилцелулозен филм в опаковането на храни, тази глава използва антиоксидант на бамбукови листа (AOB) като естествен антиоксидант добавка и използва метод за формиране на филми за леене на разтвор, за да приготви естествен бамбуков листен антиоксиданти с различни масови фракции. Антиоксидант HPMC водоразтворим опаковъчен филм, изучавайте антиоксидантните свойства, разтворимостта на водата, механичните свойства и оптичните свойства на филма и предоставят основа за неговото приложение в системите за опаковане на храни.

5.2 Експериментална част

5.2.1 Експериментални материали и експериментални инструменти

Tab.5.1 Експериментални материали и спецификации

Tab.5.2 Експериментален апарат и спецификации

5.2.2 Подготовка на образеца

Prepare hydroxypropyl methylcellulose water-soluble packaging films with different amounts of bamboo leaf antioxidants by solution casting method: prepare 5% hydroxypropyl methylcellulose aqueous solution, stir evenly, and then add hydroxypropyl methylcellulose Add a certain proportion (0%, 0.01%, 0.03%, 0.05%, 0,07%, 0,09%) бамбукови антиоксиданти на листата към целулозния филмов разтвор и продължават да се разбъркват

За да бъдат напълно смесени, оставете да престои на стайна температура в продължение на 3-5 минути (дефоуминг), за да се подготвят разтвори за формиране на HPMC филми, съдържащи различни масови фракции от бамбукови листни антиоксиданти. Изсушете го в взривна сушене на фурна и я поставете в сушеща фурна за по -късна употреба, след като отлепите филма. Приготвеният хидроксипропил метилцелулозен водоразтворим опаковъчен филм, добавен с бамбуков листов антиоксидант, се нарича AOB/HPMC филм за кратко.

5.2.3 Характеристика и тестване на производителността

5.2.3.1 Анализ на инфрачервена абсорбционна спектроскопия (FT-IR)

Инфрачервените абсорбционни спектри на HPMC филми са измерени в режим ATR, използвайки инфрачервен спектрометър на Nicolet 5700 Fourier, произведен от Thermoelectric Corporation.

5.2.3.2 Широкоъгълна рентгенова дифракция (XRD) Измерване: Същото като 2.2.3.1

5.2.3.3 Определяне на антиоксидантните свойства

За да се измерват антиоксидантните свойства на подготвените филми за HPMC и AOB/HPMC филми, в този експеримент е използван методът за почистване на свободни радикали DPPH за измерване на скоростта на почистване на филмите до свободни радикали на DPPH, така че да се измерва индиректно устойчивостта на филмите.

Подготовка на DPPH разтвор: При условия на засенчване разтворете 2 mg DPPH в 40 ml етанолов разтворител и соникирайте в продължение на 5 минути, за да се направи разтворът равномерно. Съхранявайте в хладилник (4 ° C) за по -късна употреба.

Позовавайки се на експерименталния метод на Zhong Yuansheng [81], с лека модификация, измерването на стойността на A0: Вземете 2 ml разтвор на DPPH в епруветка, след това добавете 1 ml дестилирана вода, за да се разклатите и смесете, и измерете стойността A (519nm) с UV спектрофотометър. е A0. Измерване на стойност: Добавете 2 ml разтвор на DPPH към епруветка, след това добавете 1 ml HPMC тънък филмов разтвор, за да се разбърка старателно, да измерите стойност с UV спектрофотометър, приемайте вода като празен контрол и три паралелни данни за всяка група. Методът за изчисляване на скоростта на почистване на свободни радикали DPPH се отнася до следната формула,

Във формулата: a е абсорбцията на пробата; A0 е празният контрол

5.2.3.4 Определяне на механичните свойства: същото като 2.2.3.2

5.2.3.5 Определяне на оптичните свойства

Оптичните свойства са важни показатели за прозрачността на опаковките филми, като главно включват пропускането и мъглата на филма. Предаването и мъглата на филмите се измерват с помощта на тестер за предавателна мъгла. Светлинният пропуск и мъглата на филмите се измерват при стайна температура (25 ° С и 50% РР) на проби от тестове с чисти повърхности и без гънки.

5.2.3.6 Определяне на разтворимостта на водата

Нарежете 30 мм × 30 мм филм с дебелина около 45 мкм, добавете 100мл вода към 200мл чаша, поставете филма в центъра на неподвижната водна повърхност и измерете времето, когато филмът да изчезне напълно. Ако филмът се придържа към стената на чашата, той трябва да се измерва отново и резултатът се приема като средно 3 пъти, единицата е min.

5.2.4 Обработка на данни

Експерименталните данни бяха обработени от Excel и графирани от Origin Software.

5.3 Резултати и анализ

5.3.1 FT-IR анализ

Фиг5.1 FTIR от филми HPMC и AOB/HPMC

В органичните молекули атомите, които образуват химични връзки или функционални групи, са в състояние на постоянна вибрация. Когато органичните молекули са облъчени с инфрачервена светлина, химичните връзки или функционалните групи в молекулите могат да абсорбират вибрации, така че да може да се получи информация за химичните връзки или функционалните групи в молекулата. Фигура 5.1 показва FTIR спектрите на HPMC филм и AOB/HPMC филм. От фигура 5 се вижда, че характерната скелетна вибрация на хидроксипропил метилцелулоза е концентрирана главно в 2600 ~ 3700 cm-1 и 750 ~ 1700 cm-1. Силната честота на вибрацията в областта 950-1250 cm-1 е главно характерната област на вибрацията на Co Skeleton. Абсорбционната лента на HPMC филма близо 3418 cm-1 се причинява от разтягащата вибрация на OH връзката, а пикът на абсорбция на хидроксилната група върху хидроксипропоксилната група при 1657 cm-1 се причинява от разтягащата вибрация на рамката [82]. Абсорбционните пикове при 1454 см-1, 1373 см-1, 1315 см-1 и 945 см-1 бяха нормализирани до асиметрични, симетрични вибрации на деформация, вибрации в равнина и извън равнината, принадлежащи на -CH3 [83]. HPMC беше модифициран с AOB. С добавянето на AOB позицията на всеки характерен пик на AOB/HPMC не се измества, което показва, че добавянето на AOB не унищожава групите на самия HPMC. Разтягащата се вибрация на OH връзката в абсорбционната лента на филма AOB/HPMC близо до 3418 cm-1 е отслабена и промяната на пиковата форма се причинява главно от промяната на съседните метил и метилен ленти поради индуцирането на водородна връзка. 12], може да се види, че добавянето на AOB оказва влияние върху междумолекулните водородни връзки.

5.3.2 XRD анализ

Фиг.5.2 XRD на HPMC и AOB/

Фиг.5.2 XRD на HPMC и AOB/HPMC филми

Кристалното състояние на филмите беше анализирано чрез широкоъгълна рентгенова дифракция. Фигура 5.2 показва XRD моделите на HPMC филми и AAOB/HPMC филми. От фигурата може да се види, че HPMC филмът има 2 дифракционни пика (9,5 °, 20,4 °). С добавянето на AOB дифракционната пика около 9,5 ° и 20,4 ° е значително отслабена, което показва, че молекулите на AOB/HPMC филма са подредени по подреден начин. Способността намалява, което показва, че добавянето на AOB нарушава подредбата на хидроксипропил метилцелулозна молекулна верига, унищожи оригиналната кристална структура на молекулата и намалява редовното подреждане на хидроксипропил метилцелулоза.

5.3.3 Антиоксидантни свойства

За да се проучи ефекта на различни добавки на AOB върху устойчивостта на окисляване на AOB/HPMC филми, филмите с различни добавки на AOB (0, 0,01%, 0,03%, 0,05%, 0,07%, 0,09%), съответно. Ефектът от скоростта на почистване на основата, резултатите са показани на фигура 5.3.

Фиг.5.3 Ефектът на HPMC филмите при съдържание на AOB върху DPPH обитаване

От фигура 5.3 може да се види, че добавянето на AOB антиоксидант значително подобри скоростта на почистване на DPPH радикалите от HPMC филми, тоест антиоксидантните свойства на филмите са подобрени и с увеличаването на добавянето на AOB, пречистване на DPPH радикали първо се увеличава и с постепенно намаляване. Когато количеството на добавянето на AOB е 0,03%, филмът AOB/HPMC има най-добър ефект върху скоростта на почистване на свободните радикали на DPPH, а скоростта му на почистване за DPPH Free Radicals достига 89,34%, тоест AOB/HPMC филмът има най-доброто антиоксидационно изпълнение по това време; Когато съдържанието на AOB е 0,05% и 0,07%, скоростта на почистване на свободни радикали на DPPH на филма AOB/HPMC е по -висока от тази на 0,01% група, но значително по -ниска от тази на 0,03% група; Това може да се дължи на прекомерните естествени антиоксиданти Добавянето на AOB доведе до агломерация на AOB молекули и неравномерно разпределение във филма, като по този начин се отразява на ефекта на антиоксидантния ефект на AOB/HPMC филмите. Вижда се, че филмът AOB/HPMC, приготвен в експеримента, има добри анти-окисляване. Когато сумата на добавянето е 0,03%, ефективността на анти-окисляване на филма AOB/HPMC е най-силната.

5.3.4 Разтворимост в водата

От фигура 5.4, ефектът на бамбуковите листни антиоксиданти върху разтворимостта на водата на хидроксипропилни метилцелулозни филми, може да се види, че различните добавки на AOB имат значителен ефект върху разтворимостта на водата на HPMC филмите. След добавянето на AOB, с увеличаването на количеството AOB, водоразтворимото време на филма беше по-кратко, което показва, че водата-разтворимостта на филма AOB/HPMC е по-добра. Тоест, добавянето на AOB подобрява разтворимостта на вода AOB/HPMC на филма. От предишния XRD анализ се вижда, че след добавяне на AOB, кристалността на AOB/HPMC филма се намалява и силата между молекулните вериги е отслабена, което улеснява водните молекули да влязат в филма AOB/HPMC, така че филмът AOB/HPMC се подобрява до известна степен. Разтворимост на водата на филма.

Фиг.5.4 Ефектът на AOB върху водната разтворимост от HPMC филми

5.3.5 Механични свойства

Фиг.5.5 Ефектът на AOB върху силата на опън и разрушаването на удължаването на HPMC филмите

Прилагането на тънки филмови материали е все по-обширно и неговите механични свойства оказват голямо влияние върху поведението на обслужване на мембранни системи, което се превърна в основна гореща точка за изследване. Фигура 5.5 показва якостта и удължаването на опън при криви на счупване на AOB/HPMC филми. От фигурата може да се види, че различните добавки на AOB имат значително въздействие върху механичните свойства на филмите. След добавяне на AOB, с увеличаване на добавката на AOB, AOB/HPMC. Силата на опън на филма показа тенденция към надолу, докато удължението при счупване показва тенденция за първо увеличаване и след това намалява. Когато съдържанието на AOB е 0,01%, удължението при счупване на филма достигна максимална стойност от около 45%. Ефектът на AOB върху механичните свойства на HPMC филмите е очевиден. От XRD анализа се вижда, че добавянето на антиоксидант AOB намалява кристалността на филма AOB/HPMC, като по този начин намалява силата на опън на филма AOB/HPMC. Удължението при счупване първо се увеличава и след това намалява, тъй като AOB има добра разтворимост и съвместимост на водата и е малко молекулно вещество. По време на процеса на съвместимост с HPMC силата на взаимодействие между молекулите е отслабена и филмът е омекотен. Твърдата структура прави филма AOB/HPMC мек и удължаването при счупване на филма се увеличава; Тъй като AOB продължава да се увеличава, удължаването при счупване на филма AOB/HPMC намалява, тъй като молекулите на AOB във филма AOB/HPMC правят макромолекулите пролуката между веригите се увеличава и няма заплитане между макромолекулите, а филм намалява.

5.3.6 Оптични свойства

Фиг.5.6 Ефектът на AOB върху оптичното свойство на HPMC филми

Фигура 5.6 е графика, показваща промяната в предаването и мъглата на AOB/HPMC филмите. От фигурата може да се види, че с увеличаването на добавеното количество AOB, предаването на филма AOB/HPMC намалява и мъглата се увеличава. Когато съдържанието на AOB не надвишава 0,05%, скоростта на промяна на светлинното предаване и мъглата на AOB/HPMC филмите бяха бавни; Когато съдържанието на AOB надвишава 0,05%, скоростта на промяна на светлинната пропускливост и мъглата се ускорява. Следователно количеството на добавеното AOB не трябва да надвишава 0,05%.

5.4 Раздели от тази глава

Приемането на антиоксидант на бамбукови листа (AOB) като естествен антиоксидант и хидроксипропил метилцелулоза (HPMC) като филмова матрица, се приготвя нов тип натурален антиоксидант за опаковане на опаковки чрез разтвор за смесване и леене на филмов метод. Водното разтворимо опаковъчен филм AOB/HPMC, приготвен в този експеримент, има функционалните свойства на анти-окисляването. Филмът AOB/HPMC с 0,03% AOB има процент на почистване от около 89% за свободните радикали на DPPH, а ефективността на почистване е най -добрата, която е по -добра от тази без AOB. Филмът HPMC при 61% се подобри. Разтворимостта на водата също е значително подобрена, а механичните свойства и оптичните свойства се намаляват. Подобрената устойчивост на окисляване на филмовите материали AOB/HPMC разшири приложението си в опаковането на храни.

Глава VI Заключение

1) С увеличаването на концентрацията на разтвора на HPMC филмов разтвор, механичните свойства на филма първо се увеличават и след това намаляват. Когато концентрацията на разтвор на HPMC филмов разтвор е 5%, механичните свойства на филма HPMC са по-добри, а якостта на опън е 116MPa. Удължението при почивка е около 31%; Оптичните свойства и разтворимостта на водата намаляват.

2) С повишаването на температурата на формиране на филма механичните свойства на филмите първо се увеличават и след това намаляват, оптичните свойства се подобряват и разтворимостта на водата намалява. Когато температурата на формиране на филма е 50 ° C, общата производителност е по-добра, якостта на опън е около 116mpa, светлинната предаване е около 90%, а времето за разрешаване на водата е около 55 минути, така че температурата на формиране на филма е по-подходяща при 50 ° C.

3) Използването на пластификатори за подобряване на здравината на HPMC филмите, с добавянето на глицерол, удължението при счупване на HPMC филми се увеличава значително, докато силата на опън намалява. Когато добавеното количество глицерол е между 0,15%и 0,25%, удължението при счупване на филма на HPMC е около 50%, а силата на опън е около 60MPa.

4) С добавянето на сорбитол удължението при счупване на филма се увеличава първо и след това намалява. Когато добавянето на сорбитол е около 0,15%, удължението при почивка достига 45%, а якостта на опън е около 55MPa.

5) Добавянето на два пластификатора, глицерол и сорбитол, и двете намаляват оптичните свойства и разтворимостта на водата на HPMC филмите, и намаляването не е голямо. Сравнявайки пластизиращия ефект на двата пластификатора върху HPMC филмите, може да се види, че пластизиращият ефект на глицерола е по -добър от този на сорбитола.

6) Чрез инфрачервена абсорбционна спектроскопия (FTIR) и широкоъгълна рентгенова дифракционна дифракция, кръстосаното свързване на глутаралдехид и HPMC и кристалността след кръстосано свързване. С добавянето на кръстосано свързващо средство глутаралдехид, якостта на опън и удължаване при счупване на подготвените HPMC филми първо се увеличава и след това намалява. Когато добавянето на глутаралдехид е 0,25%, всеобхватните механични свойства на HPMC филмите са по -добри; След кръстосано свързване времето за водоснабдяване се удължава и водоснабдителността намалява. Когато добавянето на глутаралдехид е 0,44%, времето за водоснабдяване достига около 135 минути.

7) Добавяне на подходящо количество AOB естествен антиоксидант към филмовия образуващ разтвор на HPMC филм, подготвеният AOB/HPMC воден разтворим филм за опаковане има функционалните свойства на антиокисляването. Филмът на AOB/HPMC с 0,03% AOB добави 0,03% AOB за почистване на DPPH радикали Степента на отстраняване е около 89%, а ефективността на отстраняване е най -добрата, която е 61% по -висока от тази на HPMC филма без AOB. Разтворимостта на водата също е значително подобрена, а механичните свойства и оптичните свойства се намаляват. Когато количеството на добавянето от 0,03% AOB, ефектът на антиокситиране на филма е добър и подобряването на анти-окисляването на AOB/HPMC филм разширява прилагането на този материал за опаковане на филми в опаковането на храни.