Hydroxypropyl Methylcellulose (HPMC)เป็นสารประกอบพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้อย่างแพร่หลายในการก่อสร้าง, แพทย์, อุตสาหกรรมอาหารและเคมี มันเป็นอีเธอร์เซลลูโลสที่ไม่ใช่ไอออนที่ได้รับจากการปรับเปลี่ยนสารเคมีของเซลลูโลสธรรมชาติที่มีความหนาดีอิมัลชันการรักษาเสถียรภาพและคุณสมบัติการขึ้นรูปฟิล์ม อย่างไรก็ตามภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง HPMC จะได้รับการย่อยสลายความร้อนซึ่งมีผลกระทบที่สำคัญต่อความมั่นคงและประสิทธิภาพในการใช้งานจริง
กระบวนการย่อยสลายความร้อนของ HPMC
การย่อยสลายความร้อนของ HPMC ส่วนใหญ่รวมถึงการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและการเปลี่ยนแปลงทางเคมี การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพส่วนใหญ่จะปรากฏเป็นการระเหยของน้ำการเปลี่ยนผ่านของแก้วและการลดความหนืดในขณะที่การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเกี่ยวข้องกับการทำลายโครงสร้างโมเลกุลการแยกกลุ่มการทำงานและกระบวนการคาร์บอนสุดท้าย
1. ระยะอุณหภูมิต่ำ (100–200 ° C): การระเหยของน้ำและการสลายตัวเริ่มต้น
ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ (ประมาณ 100 ° C) HPMC ส่วนใหญ่ผ่านการระเหยของน้ำและการเปลี่ยนผ่านแก้ว เนื่องจาก HPMC มีน้ำที่ถูกผูกไว้ในปริมาณหนึ่งน้ำนี้จะค่อยๆระเหยไปในระหว่างการให้ความร้อนซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติการไหลของมัน นอกจากนี้ความหนืดของ HPMC จะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงในขั้นตอนนี้คือการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพเป็นหลักในขณะที่โครงสร้างทางเคมียังคงไม่เปลี่ยนแปลงโดยทั่วไป
เมื่ออุณหภูมิยังคงเพิ่มขึ้นเป็น 150-200 ° C HPMC จะเริ่มได้รับปฏิกิริยาการย่อยสลายทางเคมีเบื้องต้น ส่วนใหญ่เป็นที่ประจักษ์ในการกำจัดของกลุ่มการทำงานของไฮดรอกซีโพรพิลและ methoxy ส่งผลให้น้ำหนักโมเลกุลลดลงและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ในขั้นตอนนี้ HPMC อาจผลิตโมเลกุลระเหยเล็กน้อยเล็กน้อยเช่นเมทานอลและโพรพินัลไฮด์
2. ระยะอุณหภูมิปานกลาง (200-300 ° C): การย่อยสลายห่วงโซ่หลักและการสร้างโมเลกุลขนาดเล็ก
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 200-300 ° C อัตราการสลายตัวของ HPMC จะถูกเร่งอย่างมีนัยสำคัญ กลไกการย่อยสลายหลัก ได้แก่ :
Ether Breakage: ห่วงโซ่หลักของ HPMC เชื่อมต่อกันด้วยหน่วยแหวนกลูโคสและพันธะอีเธอร์ในนั้นค่อยๆแตกภายใต้อุณหภูมิสูงทำให้โซ่โพลิเมอร์สลายตัว
ปฏิกิริยาการคายน้ำ: โครงสร้างแหวนน้ำตาลของ HPMC อาจได้รับปฏิกิริยาการคายน้ำที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างระดับกลางที่ไม่เสถียรซึ่งจะถูกย่อยสลายเป็นผลิตภัณฑ์ระเหย
การปล่อยสารระเหยโมเลกุลขนาดเล็ก: ในระหว่างขั้นตอนนี้ HPMC จะปล่อย Co, Co₂, H₂Oและสารอินทรีย์โมเลกุลขนาดเล็กเช่นฟอร์มัลดีไฮด์, acetaldehyde และ acrolein
การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะทำให้น้ำหนักโมเลกุลของ HPMC ลดลงอย่างมีนัยสำคัญความหนืดที่จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญและวัสดุจะเริ่มเปลี่ยนเป็นสีเหลือง
3. ระยะอุณหภูมิสูง (300–500 ° C): คาร์บอนและโคก
เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 300 ° C HPMC จะเข้าสู่ขั้นตอนการย่อยสลายอย่างรุนแรง ในเวลานี้การแตกหักของห่วงโซ่หลักและการระเหยของสารประกอบโมเลกุลขนาดเล็กนำไปสู่การทำลายโครงสร้างวัสดุอย่างสมบูรณ์และในที่สุดก็กลายเป็นสารตกค้างของคาร์บอน (โค้ก) ปฏิกิริยาต่อไปนี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในขั้นตอนนี้:
การย่อยสลายออกซิเดทีฟ: ที่อุณหภูมิสูง HPMC ผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชันเพื่อสร้างCO₂และ CO และในเวลาเดียวกันกับการตกค้างของคาร์บอน
ปฏิกิริยา Coking: ส่วนหนึ่งของโครงสร้างพอลิเมอร์ถูกเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์เช่นคาร์บอนแบล็กหรือโค้กตกค้าง
ผลิตภัณฑ์ระเหย: ยังคงปล่อยไฮโดรคาร์บอนเช่นเอทิลีนโพรพิลีนและมีเธน
เมื่อถูกความร้อนในอากาศ HPMC อาจเผาไหม้ต่อไปในขณะที่ความร้อนในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนส่วนใหญ่จะเป็นสารตกค้างที่เป็นคาร์บอน
ปัจจัยที่มีผลต่อการสลายตัวทางความร้อนของ HPMC
การย่อยสลายความร้อนของ HPMC ได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการรวมถึง::
โครงสร้างทางเคมี: ระดับของการทดแทนของกลุ่มไฮดรอกซีโพรพิลและ methoxy ใน HPMC มีผลต่อความเสถียรทางความร้อน โดยทั่วไปแล้ว HPMC ที่มีปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลที่สูงขึ้นมีความเสถียรทางความร้อนที่ดีกว่า
บรรยากาศโดยรอบ: ในอากาศ HPMC มีแนวโน้มที่จะย่อยสลายออกซิเดชั่นในขณะที่อยู่ในสภาพแวดล้อมก๊าซเฉื่อย (เช่นไนโตรเจน) อัตราการย่อยสลายความร้อนจะช้าลง
อัตราการทำความร้อน: การให้ความร้อนอย่างรวดเร็วจะนำไปสู่การสลายตัวที่เร็วขึ้นในขณะที่การให้ความร้อนช้าอาจช่วยให้ HPMC ค่อยๆค่อยๆเป็นคาร์บอนและลดการผลิตผลิตภัณฑ์ระเหยของก๊าซ
ปริมาณความชื้น: HPMC มีน้ำที่ถูก จำกัด จำนวนหนึ่ง ในระหว่างกระบวนการทำความร้อนการระเหยของความชื้นจะส่งผลต่ออุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของแก้วและกระบวนการย่อยสลาย
ผลกระทบการใช้งานจริงของการย่อยสลายความร้อนของ HPMC
ลักษณะการย่อยสลายความร้อนของ HPMC มีความสำคัญอย่างยิ่งในสนามแอปพลิเคชัน ตัวอย่างเช่น:
อุตสาหกรรมการก่อสร้าง: HPMC ถูกใช้ในผลิตภัณฑ์ปูนปูนและผลิตภัณฑ์ยิปซั่มและความเสถียรในระหว่างการก่อสร้างอุณหภูมิสูงจะต้องได้รับการพิจารณาเพื่อหลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพที่มีผลต่อประสิทธิภาพการเชื่อม
อุตสาหกรรมยา: HPMC เป็นตัวแทนจำหน่ายยาที่ควบคุมยาและจะต้องหลีกเลี่ยงการสลายตัวในระหว่างการผลิตอุณหภูมิสูงเพื่อให้แน่ใจว่าความมั่นคงของยา
อุตสาหกรรมอาหาร: HPMC เป็นสารเติมแต่งอาหารและลักษณะการย่อยสลายความร้อนของมันเป็นตัวกำหนดว่าการใช้งานในการอบและการแปรรูปอุณหภูมิสูง
กระบวนการย่อยสลายความร้อนของHPMCสามารถแบ่งออกเป็นการระเหยของน้ำและการย่อยสลายเบื้องต้นในระยะอุณหภูมิต่ำความแตกแยกห่วงโซ่หลักและการระเหยโมเลกุลขนาดเล็กในระยะอุณหภูมิปานกลางและการทำให้เป็นคาร์บอนและการกระตุ้นในระยะอุณหภูมิสูง ความเสถียรทางความร้อนของมันได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่าง ๆ เช่นโครงสร้างทางเคมีบรรยากาศโดยรอบอัตราความร้อนและปริมาณความชื้น การทำความเข้าใจกลไกการย่อยสลายความร้อนของ HPMC นั้นมีค่ามากในการปรับการใช้งานให้เหมาะสมและปรับปรุงความเสถียรของวัสดุ
เวลาโพสต์: Mar-28-2025