Hidroksipropilmetilceluloze (HPMC)ir ūdenī šķīstošs polimēru savienojums, ko plaši izmanto būvniecībā, medicīnā, pārtikas un ķīmiskajā rūpniecībā. Tas ir nejonu celulozes ēteris, kas iegūts, ķīmiski modificējot dabisko celulozi, ar labu sabiezēšanu, emulģēšanu, stabilizāciju un plēvju veidojošām īpašībām. Tomēr augstas temperatūras apstākļos HPMC tiks veikta termiskā sadalīšanās, kas būtiski ietekmē tā stabilitāti un veiktspēju praktiskos pielietojumos.
HPMC termiskās sadalīšanās process
HPMC termiskā sadalīšanās galvenokārt ietver fizikālās izmaiņas un ķīmiskās izmaiņas. Fiziskās izmaiņas galvenokārt izpaužas kā ūdens iztvaikošana, stikla pāreja un viskozitātes samazināšana, savukārt ķīmiskās izmaiņas ietver molekulārās struktūras iznīcināšanu, funkcionālās grupas šķelšanos un galīgo karbonizācijas procesu.
1. Zemas temperatūras stadija (100–200 ° C): ūdens iztvaikošana un sākotnējā sadalīšanās
Zemas temperatūras apstākļos (ap 100 ° C) HPMC galvenokārt notiek ūdens iztvaikošana un stikla pāreja. Tā kā HPMC satur noteiktu daudzumu saistītā ūdens, šis ūdens sildīšanas laikā pakāpeniski iztvaiko, tādējādi ietekmējot tā reoloģiskās īpašības. Turklāt, paaugstinoties temperatūrai, HPMC viskozitāte samazināsies. Izmaiņas šajā posmā galvenokārt ir izmaiņas fizikālajās īpašībās, savukārt ķīmiskā struktūra principā paliek nemainīga.
Kad temperatūra turpina paaugstināties līdz 150-200 ° C, HPMC sāk iziet provizoriskas ķīmiskas sadalīšanās reakcijas. Tas galvenokārt izpaužas hidroksipropila un metoksi funkcionālo grupu noņemšanā, kā rezultātā samazinās molekulmasas un strukturālās izmaiņas. Šajā posmā HPMC var radīt nelielu daudzumu mazu gaistošu molekulu, piemēram, metanolu un propionaldehīdu.
2. Vidējas temperatūras stadija (200-300 ° C): Galvenās ķēdes noārdīšanās un mazu molekulu ģenerēšana
Kad temperatūra tiek vēl vairāk paaugstināta līdz 200-300 ° C, HPMC sadalīšanās ātrums ir ievērojami paātrināts. Galvenie degradācijas mehānismi ir:
Ētera saites pārrāvums: galveno HPMC ķēdi savieno ar glikozes gredzenu vienībām, un ētera saites tajā pakāpeniski sadalās augstā temperatūrā, izraisot polimēru ķēdes sadalīšanos.
Dehidratācijas reakcija: HPMC cukura gredzena struktūra var iziet dehidratācijas reakciju augstā temperatūrā, veidojot nestabilu starpproduktu, kas vēl vairāk sadalās gaistošos produktos.
Mazo molekulu gaistošo vielu izdalīšanās: šajā posmā HPMC izlaiž Co, Co₂, H₂o un mazu molekulu organiskās vielas, piemēram, formaldehīdu, acetaldehīdu un akroleīnu.
Šīs izmaiņas izraisīs HPMC molekulmasu ievērojami samazināties, viskozitāte ievērojami samazināsies, un materiāls sāksies dzeltenā krāsā un pat radīs koksu.
3. Augstas temperatūras stadija (300–500 ° C): karbonizācija un koksēšana
Kad temperatūra paaugstinās virs 300 ° C, HPMC nonāk vardarbīgā degradācijas posmā. Šajā laikā turpmākā galvenās ķēdes pārrāvums un mazu molekulu savienojumu iztvaikošana noved pie pilnīgas materiāla struktūras iznīcināšanas un visbeidzot veido oglekļa atlikumus (koksu). Šajā posmā galvenokārt rodas šādas reakcijas:
Oksidatīvā sadalīšanās: augstā temperatūrā HPMC notiek oksidācijas reakcija, lai radītu CO₂ un CO, un vienlaikus veido oglekļa atlikumus.
Koksēšanas reakcija: daļa no polimēra struktūras tiek pārveidota par nepilnīgiem sadegšanas produktiem, piemēram, oglekļa melno vai koksa atlikumiem.
Gaistošie produkti: turpiniet atbrīvot ogļūdeņražus, piemēram, etilēnu, propilēnu un metānu.
Sildot gaisā, HPMC var turpināt sadedzināt, bet sildot, ja nav skābekļa, galvenokārt veido karbonizētas atlikumus.
Faktori, kas ietekmē HPMC termisko sadalīšanos
HPMC termisko sadalīšanos ietekmē daudzi faktori, tostarp:
Ķīmiskā struktūra: hidroksipropila un metoksi grupu aizstāšanas pakāpe HPMC ietekmē tā termisko stabilitāti. Vispārīgi runājot, HPMC ar augstāku hidroksipropila saturu ir labāka termiskā stabilitāte.
Apkārtējā atmosfēra: gaisā HPMC ir pakļauta oksidatīvai sadalīšanai, savukārt inertā gāzes vidē (piemēram, slāpeklis) tā termiskās sadalīšanās ātrums ir lēnāks.
Apkures ātrums: ātra apkure izraisīs ātrāku sadalīšanos, savukārt lēna sildīšana var palīdzēt HPMC pakāpeniski karbonizēt un samazināt gāzveida gaistošo produktu ražošanu.
Mitruma saturs: HPMC satur noteiktu daudzumu saistīta ūdens. Apkures procesa laikā mitruma iztvaikošana ietekmēs tā stikla pārejas temperatūru un sadalīšanās procesu.
HPMC termiskās sadalīšanās praktiskā pielietojuma ietekme
HPMC termiskās sadalīšanās raksturlielumiem ir liela nozīme tā pielietojuma laukā. Piemēram:
Būvniecības nozare: HPMC tiek izmantots cementa javā un ģipša produktos, un tā stabilitāte ir jāapsver augstas temperatūras būvniecības laikā, lai izvairītos no degradācijas, kas ietekmē sasaistes veiktspēju.
Farmaceitiskā rūpniecība: HPMC ir narkotiku kontrolēts izdalīšanās līdzeklis, un, lai nodrošinātu zāļu stabilitāti, ir jāizvairās no sadalīšanās, lai nodrošinātu zāļu stabilitāti.
Pārtikas rūpniecība: HPMC ir pārtikas piedevas, un tās termiskās sadalīšanās īpašības nosaka tā pielietojamību augstas temperatūras cepšanā un apstrādē.
Termiskās sadalīšanās processHPMCvar iedalīt ūdens iztvaikošanā un provizoriskā sadalīšanā zemas temperatūras stadijā, galvenās ķēdes šķelšanās un mazu molekulu iztvaikošana vidējas temperatūras stadijā, kā arī karbonizēšana un koksēšana augstas temperatūras stadijā. Tās termisko stabilitāti ietekmē tādi faktori kā ķīmiskā struktūra, apkārtējā atmosfēra, sildīšanas ātrums un mitruma saturs. Izpratne par HPMC termiskās sadalīšanās mehānismu ir ļoti vērtīga, lai optimizētu tā pielietojumu un uzlabotu materiāla stabilitāti.
Pasta laiks: 28.-2025. Marks