Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)is een in water oplosbare polymeerverbinding die veel wordt gebruikt in constructie, geneeskunde, voedsel en chemische industrie. Het is een niet-ionische cellulose-ether verkregen door chemische modificatie van natuurlijke cellulose, met een goede verdikking, emulgering, stabilisatie en filmvormende eigenschappen. Onder hoge temperaturen zal HPMC echter thermische afbraak ondergaan, wat een belangrijke invloed heeft op de stabiliteit en prestaties in praktische toepassingen.
Thermisch afbraakproces van HPMC
De thermische afbraak van HPMC omvat voornamelijk fysische veranderingen en chemische veranderingen. Fysieke veranderingen worden voornamelijk gemanifesteerd als waterverdamping, glasovergang en viscositeitsvermindering, terwijl chemische veranderingen de vernietiging van de moleculaire structuur, functionele groepssplitsing en het uiteindelijke carbonisatieproces inhouden.
1. Lage temperatuurstadium (100 - 200 ° C): waterverdamping en initiële ontleding
Onder lage temperatuuromstandigheden (ongeveer 100 ° C) ondergaat HPMC voornamelijk waterverdamping en glasovergang. Aangezien HPMC een bepaalde hoeveelheid gebonden water bevat, zal dit water geleidelijk verdampen tijdens het verwarmen, waardoor de reologische eigenschappen ervan worden beïnvloed. Bovendien zal de viscositeit van HPMC ook afnemen met de toename van de temperatuur. De veranderingen in deze fase zijn voornamelijk veranderingen in fysische eigenschappen, terwijl de chemische structuur in principe ongewijzigd blijft.
Wanneer de temperatuur blijft stijgen tot 150-200 ° C, begint HPMC voorlopige chemische afbraakreacties te ondergaan. Het wordt voornamelijk gemanifesteerd bij de verwijdering van functionele groepen van hydroxypropyl en methoxy, wat resulteert in een afname van het molecuulgewicht en structurele veranderingen. In dit stadium kan HPMC een kleine hoeveelheid kleine vluchtige moleculen produceren, zoals methanol en propionaldehyde.
2. Mediumtemperatuurstadium (200-300 ° C): afbraak van de hoofdketen en het genereren van kleine moleculen
Wanneer de temperatuur verder wordt verhoogd tot 200-300 ° C, wordt de ontledingssnelheid van HPMC aanzienlijk versneld. De belangrijkste afbraakmechanismen omvatten:
Ether -bindingsbreuk: de hoofdketen van HPMC is verbonden door glucoseringeenheden en de etherbindingen erin breken geleidelijk onder hoge temperatuur, waardoor de polymeerketen ontbindt.
Uitdrateringsreactie: de suikerringstructuur van HPMC kan een uitdrogingsreactie ondergaan bij hoge temperatuur om een onstabiel tussenproduct te vormen, dat verder wordt ontleed in vluchtige producten.
Afgifte van vluchtige stoffen van kleine moleculen: tijdens deze fase brengt HPMC CO, Co₂, H₂o en kleine molecuul organische stof vrij, zoals formaldehyde, acetaldehyde en acrolein.
Deze veranderingen zullen ervoor zorgen dat het molecuulgewicht van HPMC aanzienlijk daalt, de viscositeit aanzienlijk daalt en het materiaal zal geel worden en zelfs cokes produceren.
3. Hoge temperatuurstadium (300 - 500 ° C): carbonisatie en cokes
Wanneer de temperatuur boven 300 ° C stijgt, komt HPMC in een gewelddadige degradatiestadium. Op dit moment leiden de verdere breuk van de hoofdketen en de vervluchtiging van verbindingen met kleine molecuul tot de volledige vernietiging van de materiaalstructuur en vormen uiteindelijk koolstofachtige residuen (cola). De volgende reacties komen voornamelijk voor in deze fase:
Oxidatieve afbraak: bij hoge temperatuur ondergaat HPMC de oxidatiereactie om co₂ en CO te genereren, en vormt tegelijkertijd koolstofachtige residuen.
Coking -reactie: een deel van de polymeerstructuur wordt omgezet in onvolledige verbrandingsproducten, zoals koolstofzwarte of cola -residuen.
Vluchtige producten: blijf koolwaterstoffen vrijgeven zoals ethyleen, propyleen en methaan.
Bij verwarming in lucht kan HPMC verder branden, terwijl verwarming in afwezigheid van zuurstof voornamelijk gecarboniseerde residuen vormt.
Factoren die de thermische afbraak van HPMC beïnvloeden
De thermische afbraak van HPMC wordt beïnvloed door vele factoren, waaronder:
Chemische structuur: de mate van substitutie van hydroxypropyl- en methoxygroepen in HPMC beïnvloedt de thermische stabiliteit. Over het algemeen heeft HPMC met een hoger hydroxypropylgehalte een betere thermische stabiliteit.
Omgevingsatmosfeer: in lucht is HPMC vatbaar voor oxidatieve afbraak, terwijl in een inerte gasomgeving (zoals stikstof), de thermische afbraaksnelheid ervan langzamer is.
Verwarmingssnelheid: Snelle verwarming zal leiden tot snellere ontleding, terwijl langzame verwarming HPMC kan helpen om geleidelijk de productie van gasvormige vluchtige producten te koolstoferen en te verminderen.
Vochtgehalte: HPMC bevat een bepaalde hoeveelheid gebonden water. Tijdens het verwarmingsproces zal de verdamping van vocht zijn glasovergangstemperatuur en afbraakproces beïnvloeden.
Praktische toepassingsimpact van thermische afbraak van HPMC
De thermische afbraakkarakteristieken van HPMC zijn van groot belang in het toepassingsveld. Bijvoorbeeld:
Bouwindustrie: HPMC wordt gebruikt in cementmortel- en gipsproducten, en de stabiliteit ervan tijdens de constructie van hoge temperatuur moet worden overwogen om afbraak te voorkomen die de bindingsprestaties beïnvloedt.
Farmaceutische industrie: HPMC is een door geneesmiddelen gecontroleerd afgifte en ontleding moet worden vermeden tijdens de productie van hoge temperatuur om de stabiliteit van het medicijn te waarborgen.
Voedselindustrie: HPMC is een voedseladditief en de thermische afbraakkarakteristieken bepalen de toepasbaarheid ervan bij het bakken en de verwerking van hoge temperatuur.
Het thermische afbraakproces vanHPMCkan worden onderverdeeld in waterverdamping en voorlopige afbraak in het stadium met lage temperatuur, splitsing van de hoofdketen en de vervluchtiging van de kleine molecuul in het stadium van het medium-temperatuur en carbonisatie en cokes in het stadium van hoge temperatuur. De thermische stabiliteit wordt beïnvloed door factoren zoals chemische structuur, omgevingsatmosfeer, verwarmingssnelheid en vochtgehalte. Inzicht in het thermische afbraakmechanisme van HPMC is van grote waarde om de toepassing ervan te optimaliseren en materiaalstabiliteit te verbeteren.
Posttijd: maart-28-2025