هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)یک ترکیب پلیمری محلول در آب است که به طور گسترده ای در صنایع ساخت و ساز ، دارو ، مواد غذایی و شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. این یک اتر سلولز غیر یونی است که با اصلاح شیمیایی سلولز طبیعی ، با ضخیم شدن ، امولسیون ، تثبیت و خاصیت فیلم به دست می آید. با این حال ، در شرایط دمای بالا ، HPMC تحت تخریب حرارتی قرار می گیرد ، که تأثیر مهمی بر ثبات و عملکرد آن در کاربردهای عملی دارد.
فرآیند تخریب حرارتی HPMC
تخریب حرارتی HPMC عمدتا شامل تغییرات فیزیکی و تغییرات شیمیایی است. تغییرات فیزیکی عمدتاً به عنوان تبخیر آب ، انتقال شیشه و کاهش ویسکوزیته آشکار می شود ، در حالی که تغییرات شیمیایی شامل تخریب ساختار مولکولی ، شکاف گروه عملکردی و فرآیند کربن سازی نهایی است.
1. مرحله دمای پایین (100-200 درجه سانتیگراد): تبخیر آب و تجزیه اولیه
در شرایط دمای پایین (حدود 100 درجه سانتیگراد) ، HPMC به طور عمده تحت تبخیر آب و انتقال شیشه قرار می گیرد. از آنجا که HPMC حاوی مقدار مشخصی از آب محدود است ، این آب به تدریج در هنگام گرمایش تبخیر می شود ، بنابراین بر خصوصیات رئولوژیکی آن تأثیر می گذارد. علاوه بر این ، ویسکوزیته HPMC نیز با افزایش دما کاهش می یابد. تغییرات در این مرحله عمدتاً در خصوصیات فیزیکی تغییر می کند ، در حالی که ساختار شیمیایی اساساً بدون تغییر باقی مانده است.
هنگامی که درجه حرارت به 150-200 درجه سانتیگراد افزایش می یابد ، HPMC شروع به واکنشهای تخریب شیمیایی اولیه می کند. این ماده به طور عمده در حذف گروه های عملکردی هیدروکسی پروپیل و متوکسی آشکار می شود و در نتیجه کاهش وزن مولکولی و تغییرات ساختاری ایجاد می شود. در این مرحله ، HPMC ممکن است مقدار کمی از مولکول های فرار کوچک مانند متانول و پروپیونالدئید تولید کند.
2. مرحله دمای متوسط (200-300 درجه سانتیگراد): تخریب زنجیره ای اصلی و تولید مولکول کوچک
هنگامی که درجه حرارت بیشتر به 200-300 درجه سانتیگراد افزایش می یابد ، میزان تجزیه HPMC به طور قابل توجهی تسریع می شود. مکانیسم های اصلی تخریب عبارتند از:
شکستگی پیوند اتر: زنجیره اصلی HPMC توسط واحدهای حلقه گلوکز متصل می شود و پیوندهای اتر موجود در آن به تدریج در دمای بالا شکسته می شوند و باعث تجزیه زنجیره پلیمر می شوند.
واکنش کم آبی: ساختار حلقه قند HPMC ممکن است در دمای بالا واکنش کم آبی بدن ایجاد کند تا یک واسطه ناپایدار تشکیل شود ، که بیشتر به محصولات بی ثبات تجزیه می شود.
انتشار فرارهای مولکول کوچک: در این مرحله ، HPMC مواد آلی CO ، CO₂ ، H₂O و مولکول کوچک مانند فرمالدئید ، استالدهید و آکرولین را منتشر می کند.
این تغییرات باعث می شود وزن مولکولی HPMC به طور قابل توجهی کاهش یابد ، ویسکوزیته به طور قابل توجهی کاهش یابد و مواد شروع به زرد شدن و حتی تولید کک می کنند.
3. مرحله دمای بالا (300-500 درجه سانتیگراد): کربن سازی و کک
هنگامی که درجه حرارت بالاتر از 300 درجه سانتیگراد افزایش می یابد ، HPMC وارد مرحله تخریب خشونت آمیز می شود. در این زمان ، شکستگی بیشتر زنجیره اصلی و فرار از ترکیبات مولکول کوچک منجر به تخریب کامل ساختار ماده می شود و در نهایت باقیمانده های کربنی (کک) تشکیل می شود. واکنشهای زیر عمدتاً در این مرحله رخ می دهد:
تخریب اکسیداتیو: در دمای بالا ، HPMC برای تولید CO₂ و CO واکنش اکسیداسیون می کند و در عین حال باقیمانده های کربن را تشکیل می دهد.
واکنش کک: بخشی از ساختار پلیمر به محصولات احتراق ناقص مانند باقیمانده کربن سیاه یا کک تبدیل می شود.
محصولات بی ثبات: به رها کردن هیدروکربن هایی مانند اتیلن ، پروپیلن و متان ادامه دهید.
هنگامی که در هوا گرم می شود ، HPMC ممکن است بیشتر بسوزد ، در حالی که در صورت عدم وجود اکسیژن به طور عمده باقیمانده های کربن شده را تشکیل می دهد.
عوامل مؤثر بر تخریب حرارتی HPMC
تخریب حرارتی HPMC تحت تأثیر عوامل بسیاری قرار دارد ، از جمله:
ساختار شیمیایی: درجه تعویض گروه های هیدروکسی پروپیل و متوکسی در HPMC بر پایداری حرارتی آن تأثیر می گذارد. به طور کلی ، HPMC با محتوای هیدروکسی پروپیل بالاتر از پایداری حرارتی بهتری برخوردار است.
جو محیط: در هوا ، HPMC مستعد تخریب اکسیداتیو است ، در حالی که در یک محیط گاز بی اثر (مانند نیتروژن) ، میزان تخریب حرارتی آن کندتر است.
میزان گرمایش: گرمایش سریع منجر به تجزیه سریعتر خواهد شد ، در حالی که گرمایش آهسته ممکن است به HPMC کمک کند تا به تدریج کربن سازی و کاهش تولید محصولات بی ثبات گازی شود.
محتوای رطوبت: HPMC حاوی مقدار مشخصی از آب محدود است. در طی فرآیند گرمایش ، تبخیر رطوبت بر دمای انتقال شیشه و فرآیند تخریب آن تأثیر می گذارد.
تأثیر کاربرد عملی تخریب حرارتی HPMC
خصوصیات تخریب حرارتی HPMC در زمینه کاربرد آن از اهمیت زیادی برخوردار است. به عنوان مثال:
صنعت ساخت و ساز: از HPMC در ملات سیمان و محصولات گچ استفاده می شود و برای جلوگیری از تخریب بر عملکرد پیوند ، باید ثبات آن در طول ساخت و ساز با درجه حرارت بالا در نظر گرفته شود.
صنعت داروسازی: HPMC یک ماده آزاد شده با دارو است و برای اطمینان از ثبات دارو باید در طول تولید درجه حرارت بالا از آن جلوگیری شود.
صنایع غذایی: HPMC یک ماده افزودنی غذایی است و ویژگی های تخریب حرارتی آن کاربرد آن را در پخت و پز و پردازش با دمای بالا تعیین می کند.
فرآیند تخریب حرارتیHPMCمی توان در مرحله درجه حرارت پایین ، شکاف زنجیره ای اصلی و فراخوانی مولکول های کوچک در مرحله درجه حرارت متوسط ، به تبخیر آب و تخریب اولیه تقسیم شد و کربن سازی و کک در مرحله درجه حرارت بالا. پایداری حرارتی آن تحت تأثیر عواملی مانند ساختار شیمیایی ، جو محیط ، میزان گرمایش و رطوبت است. درک مکانیسم تخریب حرارتی HPMC برای بهینه سازی کاربرد آن و بهبود پایداری مواد از ارزش زیادی برخوردار است.
زمان پست: مارس 28-2025