Hidroksipropiletilceliuliozė (HPMC)yra vandenyje tirpus polimerų junginys, plačiai naudojamas statybų, medicinos, maisto ir chemijos pramonėje. Tai nejoninis celiuliozės eteris, gautas cheminiu būdu modifikuojant natūralią celiuliozę, turinčią gerą sustorėjimą, emulsiją, stabilizavimą ir plėvelę formuojančias savybes. Tačiau esant aukštos temperatūros sąlygoms HPMC bus šiluminis skilimas, o tai daro didelę įtaką jo stabilumui ir veikimui praktiškai.
HPMC šiluminio skilimo procesas
HPMC šiluminis skilimas daugiausia apima fizinius ir cheminius pokyčius. Fiziniai pokyčiai daugiausia pasireiškia kaip vandens išgarinimas, stiklo perėjimas ir klampumo sumažinimas, o cheminiai pokyčiai apima molekulinės struktūros sunaikinimą, funkcinės grupės skilimą ir galutinį karbonizacijos procesą.
1. Žemos temperatūros stadija (100–200 ° C): Vandens išgarinimas ir pradinis skilimas
Esant žemai temperatūrai (apie 100 ° C), HPMC daugiausia išgaravo vandens ir stiklo perėjimas. Kadangi HPMC turi tam tikrą surišto vandens kiekį, šis vanduo kaitinant pamažu išgaruos, taigi jis paveiks jo reologines savybes. Be to, HPMC klampumas taip pat sumažės padidėjus temperatūrai. Šiame etape pokyčiai daugiausia yra fizinių savybių pokyčiai, o cheminė struktūra iš esmės nesikeičia.
Kai temperatūra toliau kyla iki 150–200 ° C, HPMC pradeda vykdyti preliminarias cheminio skilimo reakcijas. Tai daugiausia pasireiškia pašalinant hidroksipropilo ir metoksi funkcines grupes, todėl sumažėja molekulinė masė ir struktūriniai pokyčiai. Šiame etape HPMC gali sukelti nedidelį kiekį mažų lakiųjų molekulių, tokių kaip metanolis ir propionaldehidas.
2. Vidutinės temperatūros stadija (200–300 ° C): Pagrindinė grandinės skilimas ir mažų molekulių generavimas
Kai temperatūra dar labiau padidėja iki 200–300 ° C, HPMC skilimo greitis žymiai pagreitinamas. Pagrindiniai skilimo mechanizmai apima:
Eterio ryšių lūžis: Pagrindinė HPMC grandinė yra sujungta gliukozės žiedo vienetais, o joje esantys eterio jungtys palaipsniui lūžta esant aukštai temperatūrai, todėl polimero grandinė suskaido.
Dehidratacijos reakcija: HPMC cukraus žiedo struktūra gali būti dehidratacijos reakcija aukštoje temperatūroje, kad sudarytų nestabilų tarpinį produktą, kuris dar labiau suskaidomas į lakus produktus.
Mažų molekulės lakiųjų medžiagų išsiskyrimas: Šiame etape HPMC išleidžia Co, CO₂, H₂O ir mažų molekulių organines medžiagas, tokias kaip formaldehidas, acetaldehidas ir akroleinas.
Dėl šių pokyčių HPMC molekulinė masė smarkiai sumažės, klampumas žymiai sumažės, o medžiaga pradės geltonai ir net gaminti kokį.
3. Aukštos temperatūros stadija (300–500 ° C): karbonizacija ir koksas
Kai temperatūra pakyla virš 300 ° C, HPMC patenka į smurtinį skilimo stadiją. Šiuo metu tolesnis pagrindinės grandinės lūžis ir mažų molekulių junginių lakavimas lemia visišką medžiagos struktūros sunaikinimą ir galiausiai sudaro anglies likučius (koksą). Šiame etape daugiausia vyksta šios reakcijos:
Oksidacinis skilimas: Aukštoje temperatūroje HPMC patiria oksidacijos reakciją, kad generuotų CO₂ ir CO, ir tuo pačiu metu sudaro anglies likučius.
KOPINGO REAKCIJA: Dalis polimero struktūros paverčiama neišsamiais degimo produktais, tokiais kaip anglies juodos ar kokso likučiai.
Lakieji produktai: toliau išleiskite angliavandenilius, tokius kaip etilenas, propilenas ir metanas.
Kaitinant ore, HPMC gali dar labiau degti, tuo tarpu kaitinant, jei nėra deguonies, daugiausia sudaro karbonizuotos liekanos.
Veiksniai, darantys įtaką HPMC šiluminiam skilimui
HPMC šiluminis skilimas turi įtakos daugelis veiksnių, įskaitant:
Cheminė struktūra: Hidroksipropilo ir metoksi grupių pakeitimo laipsnis HPMC turi įtakos jo šiluminiam stabilumui. Paprastai tariant, HPMC, turintis didesnį hidroksipropilo kiekį, turi geresnį šiluminį stabilumą.
Aplinkos atmosfera: Ore HPMC yra linkęs į oksidacinį skilimą, o inertinėse dujų aplinkoje (tokiose kaip azotas) jos šiluminis skilimo greitis yra lėtesnis.
Šildymo greitis: Dėl greito šildymo sumažės greitesnis skilimas, o lėtas šildymas gali padėti HPMC palaipsniui karbonizuoti ir sumažinti dujinių lakiųjų produktų gamybą.
Drėgmės kiekis: HPMC yra tam tikras kiekis surišto vandens. Šildymo metu drėgmės išgarinimas paveiks jo stiklo perėjimo temperatūrą ir skilimo procesą.
Praktinis HPMC šiluminio skilimo poveikis
HPMC šiluminės skilimo charakteristikos turi didelę reikšmę jo taikymo srityje. Pavyzdžiui:
Statybos pramonė: HPMC naudojamas cemento skiedinio ir gipso produktuose, o jo stabilumas statybos metu turi būti svarstomas, kad būtų išvengta skilimo, turinčio įtakos klijavimo veikimui.
Farmacijos pramonė: HPMC yra vaistų kontroliuojamo paleidimo agentas, todėl gaminant aukštą temperatūrą reikia vengti skilimo, kad būtų užtikrintas vaisto stabilumas.
Maisto pramonė: HPMC yra maisto priedas, o jo šilumos skilimo charakteristikos lemia jo pritaikomumą kepant ir perdirbant aukštos temperatūros.
Šiluminio skilimo procesasHPMCGali būti suskirstytas į vandens išgarinimą ir preliminarų skilimą žemos temperatūros stadijoje, pagrindinės grandinės skilimą ir mažos molekulės lakitilizaciją vidutinės temperatūros stadijoje, o karbonizacija ir kokis aukštosios temperatūros stadijoje. Jo šiluminį stabilumą turi įtakos tokios veiksniai kaip cheminė struktūra, aplinkos atmosfera, šildymo greitis ir drėgmės kiekis. Suprasti HPMC šiluminio skilimo mechanizmą yra labai vertinga, norint optimizuoti jo taikymą ir pagerinti medžiagų stabilumą.
Pašto laikas: 2012 m. Kovo 28 d