Хидроксипропил метилцелулоза (HPMC)е водоразтворимо полимерно съединение, широко използвано в строителството, медицината, храната и химическата промишленост. Това е неионно целулозен етер, получен чрез химическа модификация на естествената целулоза, с добро сгъстяване, емулгиране, стабилизиране и филмови формиращи свойства. При условия на висока температура обаче HPMC ще претърпи термично разграждане, което има важно влияние върху неговата стабилност и ефективност в практическите приложения.
Процес на термично деградация на HPMC
Топлинното разграждане на HPMC включва главно физически промени и химически промени. Физическите промени се проявяват главно като изпаряване на водата, преход на стъклото и намаляване на вискозитета, докато химичните промени включват унищожаване на молекулна структура, разцепване на функционалната група и окончателния процес на карбонизация.
1. Етап с ниска температура (100–200 ° C): Изпаряване на водата и първоначално разлагане
При нискотемпературни условия (около 100 ° C), HPMC се подлага главно на изпаряване на вода и стъклен преход. Тъй като HPMC съдържа определено количество обвързана вода, тази вода постепенно ще се изпари по време на отопление, като по този начин ще се отрази на неговите реологични свойства. В допълнение, вискозитетът на HPMC също ще намалее с повишаването на температурата. Промените в този етап са главно промени във физическите свойства, докато химическата структура остава основно непроменена.
Когато температурата продължава да се повишава до 150-200 ° C, HPMC започва да претърпява предварителни реакции на химическо разграждане. Той се проявява главно при отстраняването на хидроксипропилни и метокси функционални групи, което води до намаляване на молекулното тегло и структурните промени. На този етап HPMC може да произведе малко количество малки летливи молекули, като метанол и пропионалдехид.
2. Средна температурен етап (200-300 ° C): Деградация на основната верига и генериране на малки молекули
Когато температурата допълнително се повиши до 200-300 ° C, скоростта на разлагане на HPMC е значително ускорена. Основните механизми за деградация включват:
Счупване на етерната връзка: Основната верига на HPMC е свързана с глюкозни пръстенови единици, а етерните връзки в него постепенно се счупват при висока температура, което води до разлагане на полимерната верига.
Реакция на дехидратация: Структурата на захарния пръстен на HPMC може да претърпи реакция на дехидратация при висока температура, за да образува нестабилен междинен продукт, който допълнително се разлага в летливи продукти.
Освобождаване на летливи молекули: По време на този етап HPMC освобождава Co, Co₂, H₂O и органичната материя с малки молекули, като формалдехид, ацеталдехид и акролеин.
Тези промени ще доведат до значително намаляване на молекулното тегло на HPMC, вискозитетът ще спадне значително и материалът ще започне да пожълтя и дори да произвежда кок.
3. Високотемпературен етап (300–500 ° C): Карбонизация и коктейл
Когато температурата се повиши над 300 ° C, HPMC навлиза в етап на насилие. По това време по -нататъшното счупване на основната верига и изпарението на малки молекулни съединения водят до пълно унищожаване на материалната структура и накрая образуват въглеродни остатъци (кокс). На този етап се появяват следните реакции:
Окислително разграждане: При висока температура HPMC претърпява реакция на окисляване, за да генерира Co₂ и CO и в същото време образуват въглеродни остатъци.
Реакция на кок: Част от полимерната структура се трансформира в непълни изгарящи продукти, като въглеродни черни или остатъци от кокс.
Летливи продукти: Продължете да отделяте въглеводороди като етилен, пропилен и метан.
Когато се нагрява във въздуха, HPMC може допълнително да изгори, докато нагряването при отсъствие на кислород основно образува карбонизирани остатъци.
Фактори, влияещи върху термичното разграждане на HPMC
Топлинното разграждане на HPMC се влияе от много фактори, включително:
Химическа структура: Степента на заместване на хидроксипропилни и метокси групи в HPMC влияе върху неговата топлинна стабилност. Най -общо казано, HPMC с по -високо съдържание на хидроксипропил има по -добра термична стабилност.
Атмосфера на околната среда: Във въздуха HPMC е предразположен към окислително разграждане, докато в инертна газова среда (като азот), скоростта на термично разграждане е по -бавна.
Скорост на отопление: Бързото отопление ще доведе до по -бързо разлагане, докато бавното отопление може да помогне на HPMC постепенно да карбонизира и намали производството на газообразни летливи продукти.
Съдържание на влагата: HPMC съдържа определено количество обвързана вода. По време на процеса на нагряване изпаряването на влагата ще повлияе на процеса на температура на стъкления преход и разграждане.
Практическо въздействие на приложението на топлинното разграждане на HPMC
Характеристиките на термично разграждане на HPMC имат голямо значение в областта на приложението му. Например:
Строителна промишленост: HPMC се използва в циментови хоросани и гипсови продукти, а стабилността му по време на високотемпературна конструкция трябва да се счита, за да се избегне разграждането, влияещо върху ефективността на свързването.
Фармацевтична индустрия: HPMC е агент за освобождаване с контролиран лекарства и разлагането трябва да се избягва по време на производството на високотемпературна, за да се гарантира стабилността на лекарството.
Хранителната промишленост: HPMC е хранителна добавка, а характеристиките му на термично разграждане определят неговата приложимост при печене и преработка на високотемпературни.
Процесът на термично деградация наHPMCМоже да бъде разделено на изпаряване на водата и предварително разграждане в етап с ниска температура, разцепване на основната верига и изпаряване на малки молекули в средно температурен стадий и карбонизация и кок в етапа на високотемпературата. Неговата топлинна стабилност се влияе от фактори като химическа структура, атмосфера на околната среда, скорост на нагряване и съдържание на влага. Разбирането на механизма на термично разграждане на HPMC е от голяма полза за оптимизиране на приложението му и подобряване на стабилността на материала.
Време за публикация: Mar-28-2025