Bereiding en eigenschappen van hydroxypropylmethylcellulose

Hydroxypropylmethylcellulose(HPMC) is een natuurlijk polymeermateriaal met overvloedige hulpbronnen, hernieuwbaar en goede wateroplosbaarheid en filmvormende eigenschappen.Het is een ideale grondstof voor de bereiding van in water oplosbare verpakkingsfolies.

In water oplosbare verpakkingsfolie is een nieuw type groen verpakkingsmateriaal, dat veel aandacht heeft gekregen in Europa en de Verenigde Staten en andere landen.Het is niet alleen veilig en handig in gebruik, maar lost ook het probleem op van het verwijderen van verpakkingsafval.Momenteel gebruiken in water oplosbare films voornamelijk op aardolie gebaseerde materialen zoals polyvinylalcohol en polyethyleenoxide als grondstoffen.Aardolie is een niet-hernieuwbare hulpbron en grootschalig gebruik zal leiden tot een tekort aan hulpbronnen.Er zijn ook in water oplosbare films die natuurlijke stoffen zoals zetmeel en eiwit als grondstof gebruiken, maar deze in water oplosbare films hebben slechte mechanische eigenschappen.In dit document werd een nieuw type in water oplosbare verpakkingsfilm bereid door middel van oplossingsgieten, filmvormende methode met hydroxypropylmethylcellulose als grondstof.De effecten van de concentratie van HPMC filmvormende vloeistof en filmvormende temperatuur op de treksterkte, rek bij breuk, lichtdoorlatendheid en wateroplosbaarheid van HPMC wateroplosbare verpakkingsfilms werden besproken.Glycerol, sorbitol en glutaaraldehyde werden gebruikt om de prestaties van HPMC in water oplosbare verpakkingsfilm verder te verbeteren.Ten slotte werd, om de toepassing van HPMC in water oplosbare verpakkingsfolie in voedselverpakkingen uit te breiden, bamboeblad-antioxidant (AOB) gebruikt om de antioxiderende eigenschappen van HPMC in water oplosbare verpakkingsfolie te verbeteren.De belangrijkste bevindingen zijn als volgt:

(1) Met de toename van de HPMC-concentratie namen de treksterkte en rek bij breuk van HPMC-films toe, terwijl de lichtdoorlatendheid afnam.Wanneer de HPMC-concentratie 5% is en de filmvormingstemperatuur 50°C is, zijn de uitgebreide eigenschappen van de HPMC-film beter.Op dit moment is de treksterkte ongeveer 116 MPa, de rek bij breuk ongeveer 31%, de lichtdoorlatendheid is 90% en de wateroplostijd is 55 minuten.

(2) De weekmakers glycerol en sorbitol verbeterden de mechanische eigenschappen van HPMC-films, waardoor hun rek bij breuk aanzienlijk toenam.Wanneer het glycerolgehalte tussen 0,05% en 0,25% ligt, is het effect het beste en bereikt de rek bij breuk van HPMC in water oplosbare verpakkingsfilm ongeveer 50%;wanneer het gehalte aan sorbitol 0,15% is, neemt de rek bij breuk toe tot ongeveer 45%.Nadat de in water oplosbare verpakkingsfilm van HPMC was gemodificeerd met glycerol en sorbitol, namen de treksterkte en optische eigenschappen af, maar de afname was niet significant.

(3) Infraroodspectroscopie (FTIR) van de met glutaaraldehyde verknoopte in water oplosbare HPMC-verpakkingsfilm toonde aan dat glutaaraldehyde was verknoopt met de film, waardoor de wateroplosbaarheid van de in water oplosbare HPMC-verpakkingsfilm afnam.Wanneer de toevoeging van glutaaraldehyde 0,25% was, bereikten de mechanische eigenschappen en optische eigenschappen van de films het optimum.Wanneer de toevoeging van glutaaraldehyde 0,44% was, bereikte de wateroplostijd 135 minuten.

(4) Het toevoegen van een geschikte hoeveelheid AOB aan de in water oplosbare filmvormende oplossing van de HPMC-verpakkingsfilm kan de antioxiderende eigenschappen van de film verbeteren.Wanneer 0,03% AOB werd toegevoegd, had de AOB/HPMC-film een ​​wegvangpercentage van ongeveer 89% voor DPPH-vrije radicalen, en was de wegvangefficiëntie het beste, wat 61% hoger was dan dat van de HPMC-film zonder AOB, en het water de oplosbaarheid was ook aanzienlijk verbeterd.

Sleutelwoorden: in water oplosbare verpakkingsfolie;hydroxypropylmethylcellulose;weekmaker;verknopingsmiddel;antioxidant.

Inhoudsopgave

Samenvatting………………………………………….……………………………………………… ……………………………………….I

SAMENVATTING……………………………………………………………………………………………… ……………………………II

Inhoudsopgave………………………………………….……………………………………………… …………………………i

Hoofdstuk Een Inleiding…………………………………….…………………………………………… ……………..1

1.1Wateroplosbare film……………………………………………… …………………………………………… …………….1

1.1.1Polyvinylalcohol (PVA) wateroplosbare film ………………………………………… ………………… 1

1.1.2Polyethyleenoxide (PEO) in water oplosbare film ………………………………………… …………..2

1.1.3 Op zetmeel gebaseerde in water oplosbare folie………………………………………… ……………………………………….2

1.1.4 Op eiwit gebaseerde in water oplosbare folies………………………………………… ………………………………….2

1.2 Hydroxypropylmethylcellulose …………………………………………….. ………………………………………3

1.2.1 De structuur van hydroxypropylmethylcellulose ……………………………………… …………….3

1.2.2 Oplosbaarheid in water van hydroxypropylmethylcellulose ………………………………………… …………4

1.2.3 Filmvormende eigenschappen van hydroxypropylmethylcellulose ……………………………………….4

1.3 Plastificerende modificatie van hydroxypropylmethylcellulosefilm………………………………..4

1.4 Crosslinking-modificatie van hydroxypropylmethylcellulosefilm…………………………………….5

1.5 Antioxidatieve eigenschappen van hydroxypropylmethylcellulosefilm…………………………………….5

1.6 Voorstel van het onderwerp………………………………………………………….……………………………………….7

1.7 Onderzoeksinhoud ………………………………………… ……………………………………………… ………………..7

Hoofdstuk 2 Bereiding en eigenschappen van hydroxypropylmethylcellulose wateroplosbare verpakkingsfilm……………………………………………………………………………………………… ………………………………….8

2.1 Inleiding ……………………………………… …………………………………………… ……………………….8

2.2 Experimenteel deel …………………………………………………………….……………………………………….8

2.2.1 Experimentele materialen en instrumenten………………………………………………………….………..8

2.2.2 Monstervoorbereiding ……………………………………… ………………………………………………………..9

2.2.3 Karakterisering en prestatietesten ……………………………………….. ……………………….9

2.2.4 Gegevensverwerking………………………………………….……………………………………………………………10

2.3 Resultaten en discussie ……………………………………… …………………………………………… ………10

2.3.1 Het effect van filmvormende oplossingconcentratie op HPMC dunne films ………………………….. …………………………………………………………… ………………………………………………….10

2.3.2 Invloed van filmvormingstemperatuur op HPMC dunne films ………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………..13

2.4 Samenvatting hoofdstuk ……………………………………… ……………………………………….. 16

Hoofdstuk 3 Effecten van weekmakers op HPMC wateroplosbare verpakkingsfilms …………………………………………………………………..17

3.1 Inleiding …………………………………………………………… …………………………………………… 17

3.2 Experimenteel deel …………………………………………… …………………………………………… ………..17

3.2.1 Experimentele materialen en instrumenten ……………………………………… ……………………………17

3.2.2 Monstervoorbereiding ……………………………………… ……………………………18

3.2.3 Karakterisering en prestatietesten ……………………………………….. ………………….18

3.2.4 Gegevensverwerking…………………………………………………….………………………………………..19

3.3 Resultaten en discussie ………………………………………… …………………………………………19

3.3.1 Het effect van glycerol en sorbitol op het infraroodabsorptiespectrum van HPMC dunne films …………………………………………………………………………………… ……………………………………….19

3.3.2 Het effect van glycerol en sorbitol op de XRD-patronen van dunne HPMC-films ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………..20

3.3.3 Effecten van glycerol en sorbitol op de mechanische eigenschappen van HPMC dunne films………………………………………………………………………………………… …………………………………………….21

3.3.4 Effecten van glycerol en sorbitol op de optische eigenschappen van HPMC-films………………………………………………………………………………………… ………………………………………22

3.3.5 De ​​invloed van glycerol en sorbitol op de wateroplosbaarheid van HPMC-films………….23

3.4 Samenvatting hoofdstuk ……………………………………… …………………………………………………..24

Hoofdstuk 4 Effecten van verknopingsmiddelen op HPMC wateroplosbare verpakkingsfilms ………………………………………………………………………………………………… …………………………………25

4.1 Inleiding …………………………………………………………… ……………………………………….25

4.2 Experimenteel deel ……………………………………………… …………………………………………25

4.2.1 Experimentele materialen en instrumenten ……………………………………… ……………25

4.2.2 Monstervoorbereiding ……………………………………… ………………………………………..26

4.2.3 Karakterisering en prestatietesten ……………………………………….. ………….26

4.2.4 Gegevensverwerking………………………………………………………….………………………………………..26

4.3 Resultaten en discussie …………………………………………………………… ………………………………………27

4.3.1 Infraroodabsorptiespectrum van met glutaaraldehyde verknoopte dunne HPMC-films……………………………………………………………………………………………… ………………………………………..27

4.3.2 XRD-patronen van met glutaaraldehyde verknoopte dunne HPMC-films…………………………..27

4.3.3 Het effect van glutaaraldehyde op de wateroplosbaarheid van HPMC-films……………………..28

4.3.4 Het effect van glutaaraldehyde op de mechanische eigenschappen van HPMC dunne films … 29

4.3.5 Het effect van glutaaraldehyde op de optische eigenschappen van HPMC-films …………………29

4.4 Samenvatting hoofdstuk ……………………………………… ……………………………………….. 30

Hoofdstuk 5 Natuurlijke antioxidant HPMC wateroplosbare verpakkingsfilm …………………………..31

5.1 Inleiding …………………………………………………………… ………………………………………………………31

5.2 Experimenteel deel …………………………………………………………………………………………………31

5.2.1 Experimenteel materiaal en experimentele instrumenten………………………………………………31

5.2.2 Monstervoorbereiding …………………………………………………………………………………………….32

5.2.3 Karakterisering en prestatietesten ……………………………………….. ………………………32

5.2.4 Gegevensverwerking…………………………………………………….…………………………………………………33

5.3 Resultaten en analyse ……………………………………… …………………………………………… …………….33

5.3.1 FT-IR-analyse ……………………………………… …………………………………………… ………… 33

5.3.2 XRD-analyse ……………………………………… …………………………………………… ………..34

5.3.3 Antioxiderende eigenschappen ……………………………………………………………………………………… 34

5.3.4 Oplosbaarheid in water ……………………………………… …………………………………………… …………….35

5.3.5 Mechanische eigenschappen ……………………………………… ……………………………………………..36

5.3.6 Optische prestaties ………………………………………………………………………………………37

5.4 Samenvatting hoofdstuk ……………………………………… …………………………………………… ……….37

Hoofdstuk 6 Conclusie …………………………………………………………….…………………………………..39

referenties………………………………………… …………………………………………… …………………………… 40

Onderzoeksresultaten tijdens studies ……………………………………… ………………………..44

Dankwoord ………………………………………… ……………………………………………… ……………….46

Hoofdstuk Een Inleiding

Als nieuw groen verpakkingsmateriaal wordt in water oplosbare verpakkingsfolie veel gebruikt bij het verpakken van verschillende producten in het buitenland (zoals de Verenigde Staten, Japan, Frankrijk, enz.) [1].Wateroplosbare film, zoals de naam al aangeeft, is een plastic film die kan worden opgelost in water.Het is gemaakt van in water oplosbare polymeermaterialen die in water kunnen oplossen en wordt bereid door een specifiek filmvormingsproces.Door zijn bijzondere eigenschappen is het zeer geschikt om mensen in te pakken.Daarom zijn steeds meer onderzoekers aandacht gaan besteden aan de vereisten van milieubescherming en gemak [2].

1.1 In water oplosbare film

Op dit moment zijn in water oplosbare films voornamelijk in water oplosbare films die op aardolie gebaseerde materialen zoals polyvinylalcohol en polyethyleenoxide als grondstoffen gebruiken, en in water oplosbare films die natuurlijke stoffen zoals zetmeel en eiwit als grondstoffen gebruiken.

1.1.1 Wateroplosbare folie van polyvinylalcohol (PVA).

Momenteel zijn de meest gebruikte in water oplosbare films ter wereld voornamelijk in water oplosbare PVA-films.PVA is een vinylpolymeer dat door bacteriën kan worden gebruikt als koolstofbron en energiebron en kan worden afgebroken onder invloed van bacteriën en enzymen [3] ], dat behoort tot een soort biologisch afbreekbaar polymeermateriaal met een lage prijs, uitstekende olie weerstand, oplosmiddelbestendigheid en gasbarrière-eigenschappen [4].PVA-film heeft goede mechanische eigenschappen, een sterk aanpassingsvermogen en een goede bescherming tegen het milieu.Het is op grote schaal gebruikt en heeft een hoge mate van commercialisering.Het is verreweg de meest gebruikte en grootste in water oplosbare verpakkingsfolie op de markt [5].PVA is goed afbreekbaar en kan door micro-organismen worden afgebroken om CO2 en H2O in de bodem te genereren [6].Het meeste onderzoek naar in water oplosbare films bestaat nu uit het modificeren en mengen ervan om betere in water oplosbare films te verkrijgen.Zhao Linlin, Xiong Hanguo [7] bestudeerde de bereiding van een in water oplosbare verpakkingsfilm met PVA als belangrijkste grondstof, en bepaalde de optimale massaverhouding door orthogonaal experiment: geoxideerd zetmeel (O-ST) 20%, gelatine 5%, glycerol 16%, natriumdodecylsulfaat (SDS) 4%.Na microgolfdroging van de verkregen film is de in water oplosbare tijd in water bij kamertemperatuur 101 s.

Afgaande op de huidige onderzoekssituatie, wordt PVA-film veel gebruikt, goedkoop en uitstekend in verschillende eigenschappen.Het is momenteel het meest perfecte in water oplosbare verpakkingsmateriaal.Omdat PVA een op aardolie gebaseerd materiaal is, is het echter een niet-hernieuwbare hulpbron en kan het productieproces van de grondstof vervuild zijn.Hoewel de Verenigde Staten, Japan en andere landen het als een niet-giftige stof hebben aangemerkt, staat de veiligheid ervan nog steeds ter discussie.Zowel inademing als inslikken zijn schadelijk voor het lichaam [8] en het kan geen volledig groene chemie worden genoemd.

1.1.2 Polyethyleenoxide (PEO) in water oplosbare film

Polyethyleenoxide, ook wel polyethyleenoxide genoemd, is een thermoplastisch, in water oplosbaar polymeer dat bij kamertemperatuur in elke verhouding met water kan worden gemengd [9].De structuurformule van polyethyleenoxide is H-(-OCH2CH2-) n-OH, en de relatieve molecuulmassa zal de structuur beïnvloeden.Als het molecuulgewicht in het bereik van 200~20.000 ligt, wordt het polyethyleenglycol (PEG) genoemd en als het molecuulgewicht groter is dan 20.000, wordt het polyethyleenoxide (PEO) genoemd [10].PEO is een wit vloeibaar korrelig poeder, dat gemakkelijk te verwerken en te vormen is.PEO-films worden meestal bereid door weekmakers, stabilisatoren en vulstoffen toe te voegen aan PEO-harsen door middel van thermoplastische verwerking [11].

PEO-film is momenteel een in water oplosbare film met een goede oplosbaarheid in water en de mechanische eigenschappen zijn ook goed, maar PEO heeft relatief stabiele eigenschappen, relatief moeilijke afbraakomstandigheden en een langzaam afbraakproces, wat een zekere impact heeft op het milieu, en de meeste van de belangrijkste functies kunnen worden gebruikt.Alternatief voor PVA-folie [12].Daarnaast heeft PEO ook een zekere toxiciteit, waardoor het zelden in productverpakkingen wordt gebruikt [13].

1.1.3 Op zetmeel gebaseerde in water oplosbare film

Zetmeel is een natuurlijk hoogmoleculair polymeer en zijn moleculen bevatten een groot aantal hydroxylgroepen, dus er is een sterke interactie tussen zetmeelmoleculen, zodat zetmeel moeilijk te smelten en te verwerken is, en de compatibiliteit van zetmeel slecht is, en het is moeilijk om te interageren met andere polymeren.samen verwerkt [14,15].De oplosbaarheid in water van zetmeel is slecht en het duurt lang om in koud water op te zwellen, dus gemodificeerd zetmeel, dat wil zeggen in water oplosbaar zetmeel, wordt vaak gebruikt om in water oplosbare films te maken.Over het algemeen wordt zetmeel chemisch gemodificeerd door methoden zoals verestering, verethering, enten en verknoping om de oorspronkelijke structuur van zetmeel te veranderen, waardoor de wateroplosbaarheid van zetmeel wordt verbeterd [7,16].

Introduceer etherbindingen in zetmeelgroepen met chemische middelen of gebruik sterke oxidanten om de inherente moleculaire structuur van zetmeel te vernietigen om gemodificeerd zetmeel met betere prestaties te verkrijgen [17], en om in water oplosbaar zetmeel met betere filmvormende eigenschappen te verkrijgen.Bij lage temperaturen heeft zetmeelfilm echter extreem slechte mechanische eigenschappen en slechte transparantie, dus in de meeste gevallen moet het worden bereid door het te mengen met andere materialen zoals PVA, en de werkelijke gebruikswaarde is niet hoog.

1.1.4 Op eiwit gebaseerd in water oplosbaar dun

Eiwit is een biologisch actieve natuurlijke macromoleculaire stof die voorkomt in dieren en planten.Aangezien de meeste eiwitstoffen bij kamertemperatuur onoplosbaar zijn in water, is het noodzakelijk om de oplosbaarheid van eiwitten in water bij kamertemperatuur op te lossen om in water oplosbare films met eiwitten als materialen te bereiden.Om de oplosbaarheid van eiwitten te verbeteren, moeten ze worden aangepast.Gangbare methoden voor chemische modificatie zijn onder meer dephthaleminatie, ftaloamidatie, fosforylering, enz. [18];het effect van modificatie is om de weefselstructuur van het eiwit te veranderen, waardoor de oplosbaarheid, gelering wordt verhoogd. Functionaliteiten zoals waterabsorptie en stabiliteit voldoen aan de behoeften van productie en verwerking.Op eiwit gebaseerde in water oplosbare films kunnen worden geproduceerd door afval van landbouwproducten en nevenproducten, zoals haren van dieren, als grondstof te gebruiken, of door zich te specialiseren in de productie van eiwitrijke planten om grondstoffen te verkrijgen, zonder dat de petrochemische industrie nodig is, en de materialen zijn hernieuwbaar en hebben minder impact op het milieu [19].De in water oplosbare films die zijn gemaakt met hetzelfde eiwit als de matrix hebben echter slechte mechanische eigenschappen en een lage oplosbaarheid in water bij lage temperatuur of kamertemperatuur, dus hun toepassingsbereik is smal.

Kortom, het is van groot belang om een ​​nieuw, hernieuwbaar, in water oplosbaar verpakkingsfoliemateriaal te ontwikkelen met uitstekende prestaties om de tekortkomingen van de huidige in water oplosbare folies te verbeteren.

Hydroxypropyl Methyl Cellulose (HydroxyPropyl Methyl Cellulose, kortweg HPMC) is een natuurlijk polymeermateriaal, niet alleen rijk aan hulpbronnen, maar ook niet-toxisch, onschadelijk, goedkoop, niet concurrerend met mensen om voedsel, en een overvloedige hernieuwbare hulpbron in de natuur [20] ].Het heeft een goede oplosbaarheid in water en filmvormende eigenschappen en voldoet aan de voorwaarden voor het maken van in water oplosbare verpakkingsfilms.

1.2 Hydroxypropylmethylcellulose

Hydroxypropyl Methyl Cellulose (HydroxyPropyl Methyl Cellulose, kortweg HPMC), ook wel afgekort als hypromellose, wordt verkregen uit natuurlijke cellulose door alkalisatiebehandeling, veretheringsmodificatie, neutralisatiereactie en was- en droogprocessen.Een in water oplosbaar cellulosederivaat [21].Hydroxypropylmethylcellulose heeft de volgende kenmerken:

(1) Overvloedige en hernieuwbare bronnen.De grondstof van hydroxypropylmethylcellulose is de meest voorkomende natuurlijke cellulose op aarde, die behoort tot organische hernieuwbare bronnen.

(2) Milieuvriendelijk en biologisch afbreekbaar.Hydroxypropylmethylcellulose is niet giftig en onschadelijk voor het menselijk lichaam en kan worden gebruikt in de geneeskunde en de voedingsindustrie.

(3) Breed scala aan toepassingen.Als een in water oplosbaar polymeermateriaal heeft hydroxypropylmethylcellulose een goede wateroplosbaarheid, dispersie, verdikking, waterretentie en filmvormende eigenschappen, en kan op grote schaal worden gebruikt in bouwmaterialen, textiel, enz., Voedsel, dagelijkse chemicaliën, coatings en elektronica en andere industriële gebieden [21].

1.2.1 Structuur van hydroxypropylmethylcellulose

HPMC wordt verkregen uit natuurlijke cellulose na alkalisatie en een deel van zijn polyhydroxypropylether en methyl wordt veretherd met propyleenoxide en methylchloride.De algemene gecommercialiseerde HPMC-methylsubstitutiegraad varieert van 1,0 tot 2,0 en de gemiddelde hydroxypropylsubstitutiegraad varieert van 0,1 tot 1,0.De molecuulformule is weergegeven in figuur 1.1 [22]

Vanwege de sterke waterstofbinding tussen natuurlijke cellulosemacromoleculen is het moeilijk op te lossen in water.De oplosbaarheid van veretherde cellulose in water wordt aanzienlijk verbeterd doordat ethergroepen in veretherde cellulose worden geïntroduceerd, wat de waterstofbruggen tussen cellulosemoleculen vernietigt en de oplosbaarheid in water verhoogt [23] .Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een typische gemengde hydroxyalkylalkylether [21], de structurele eenheid D-glucopyranose-residu bevat methoxy (-OCH3), hydroxypropoxy (-OCH2 CH-(CH3) n OH) en niet-gereageerde hydroxylgroepen, de prestatie van cellulose gemengde ethers is een uitgebreide weerspiegeling van de coördinatie en bijdrage van elke groep.-[OCH2CH(CH3)] n OH De hydroxylgroep aan het einde van de n OH-groep is een actieve groep, die verder kan worden gealkyleerd en gehydroxyalkyleerd, en de vertakte keten is langer, wat een bepaald intern weekmakend effect heeft op het macromoleculaire ketting;-OCH3 is een end-capping groep, de reactieplaats wordt geïnactiveerd na substitutie en behoort tot een kort gestructureerde hydrofobe groep [21].De hydroxylgroepen op de nieuw toegevoegde vertakte keten en de hydroxylgroepen die achterblijven op de glucoseresiduen kunnen door de bovenstaande groepen worden gemodificeerd, wat resulteert in extreem complexe structuren en instelbare eigenschappen binnen een bepaald energiebereik [24].

1.2.2 Wateroplosbaarheid van hydroxypropylmethylcellulose

Hydroxypropylmethylcellulose heeft vele uitstekende eigenschappen dankzij zijn unieke structuur, waarvan de meest opvallende de oplosbaarheid in water is.Het zwelt op tot een colloïdale oplossing in koud water en de oplossing heeft een bepaalde oppervlakteactiviteit, hoge transparantie en stabiele prestaties [21].Hydroxypropylmethylcellulose is eigenlijk een cellulose-ether die wordt verkregen nadat methylcellulose is gemodificeerd door verethering van propyleenoxide, dus het heeft nog steeds de kenmerken van oplosbaarheid in koud water en onoplosbaarheid in warm water vergelijkbaar met methylcellulose [21], en de oplosbaarheid in water in water is verbeterd.Methylcellulose moet gedurende 20 tot 40 minuten bij 0 tot 5 °C worden bewaard om een ​​productoplossing met goede transparantie en stabiele viscositeit te verkrijgen [25].De oplossing van het product hydroxypropylmethylcellulose hoeft slechts 20-25 °C te zijn om een ​​goede stabiliteit en goede transparantie te bereiken [25].Het verpulverde hydroxypropylmethylcellulose (korrelvorm 0,2-0,5 mm) kan bijvoorbeeld gemakkelijk worden opgelost in water bij kamertemperatuur zonder afkoeling wanneer de viscositeit van een 4% waterige oplossing 2000 centipoise bereikt bij 20°C.

1.2.3 Filmvormende eigenschappen van hydroxypropylmethylcellulose

Hydroxypropylmethylcellulose-oplossing heeft uitstekende filmvormende eigenschappen, wat goede omstandigheden kan bieden voor het coaten van farmaceutische preparaten.De hierdoor gevormde coatingfilm is kleurloos, geurloos, taai en transparant [21].

Yan Yanzhong [26] gebruikte een orthogonale test om de filmvormende eigenschappen van hydroxypropylmethylcellulose te onderzoeken.Screening werd uitgevoerd op drie niveaus met verschillende concentraties en verschillende oplosmiddelen als factoren.De resultaten toonden aan dat het toevoegen van 10% hydroxypropylmethylcellulose aan een 50% ethanoloplossing de beste filmvormende eigenschappen had en kon worden gebruikt als filmvormend materiaal voor medicijnfilms met vertraagde afgifte.

1.1 Modificatie van plastificatie van hydroxypropylmethylcellulosefilm

Als natuurlijke hernieuwbare hulpbron heeft de film die is gemaakt van cellulose als grondstof een goede stabiliteit en verwerkbaarheid, en is biologisch afbreekbaar na te zijn weggegooid, wat onschadelijk is voor het milieu.Niet-geplastificeerde cellulosefilms hebben echter een slechte taaiheid en cellulose kan worden geplastificeerd en gemodificeerd.

[27] gebruikte triethylcitraat en acetyltetrabutylcitraat om celluloseacetaatpropionaat week te maken en te modificeren.De resultaten toonden aan dat de rek bij breuk van de celluloseacetaatpropionaatfilm met 36% en 50% toenam wanneer de massafractie van triethylcitraat en acetyltetrabutylcitraat 10% was.

Luo Qiushui et al [28] bestudeerden de effecten van weekmakers glycerol, stearinezuur en glucose op de mechanische eigenschappen van methylcellulosemembranen.De resultaten toonden aan dat de reksnelheid van methylcellulosemembraan beter was wanneer het glycerolgehalte 1,5% was, en de rekverhouding van methylcellulosemembraan was beter wanneer het toegevoegde gehalte aan glucose en stearinezuur 0,5% was.

Glycerol is een kleurloze, zoete, heldere, stroperige vloeistof met een warme zoete smaak, algemeen bekend als glycerine.Geschikt voor analyse van waterige oplossingen, weekmakers, weekmakers, enz. Het kan in elke verhouding met water worden opgelost en de glyceroloplossing met lage concentratie kan worden gebruikt als smeerolie om de huid te hydrateren.Sorbitol, wit hygroscopisch poeder of kristallijn poeder, vlokken of korrels, geurloos.Het heeft de functies vochtopname en waterretentie.Een beetje toevoegen aan de productie van kauwgom en snoep kan het voedsel zacht houden, de organisatie verbeteren en de verharding verminderen en de rol van zand spelen.Glycerol en sorbitol zijn beide in water oplosbare stoffen, die gemengd kunnen worden met in water oplosbare cellulose-ethers [23].Ze kunnen worden gebruikt als weekmakers voor cellulose.Na toevoeging kunnen ze de flexibiliteit en rek bij breuk van cellulosefilms verbeteren.[29].Over het algemeen is de concentratie van de oplossing 2-5% en de hoeveelheid weekmaker 10-20% cellulose-ether.Als het gehalte aan weekmaker te hoog is, zal het krimpverschijnsel van colloïde-uitdroging optreden bij hoge temperatuur [30].

1.2 Crosslinking-modificatie van hydroxypropylmethylcellulosefilm

De in water oplosbare film heeft een goede oplosbaarheid in water, maar lost naar verwachting niet snel op bij gebruik in sommige gevallen, zoals zaadverpakkingszakken.De zaden zijn omwikkeld met een in water oplosbare film, wat de overlevingskans van de zaden kan verhogen.Op dit moment wordt, om de zaden te beschermen, niet verwacht dat de film snel zal oplossen, maar de film zou eerst een bepaald watervasthoudend effect op de zaden moeten hebben.Daarom is het noodzakelijk om de in water oplosbare tijd van de film te verlengen.[21].

De reden waarom hydroxypropylmethylcellulose een goede oplosbaarheid in water heeft, is dat er een groot aantal hydroxylgroepen in zijn moleculaire structuur zit, en deze hydroxylgroepen kunnen een verknopingsreactie ondergaan met aldehyden om hydroxypropylmethylcellulosemoleculen te maken. De hydrofiele hydroxylgroepen van hydroxypropylmethylcellulose zijn gereduceerd , waardoor de oplosbaarheid in water van de hydroxypropylmethylcellulosefilm wordt verminderd, en de verknopingsreactie tussen hydroxylgroepen en aldehyden zal veel chemische bindingen genereren, die ook de mechanische eigenschappen van de film tot op zekere hoogte kunnen verbeteren.De aldehyden die zijn verknoopt met hydroxypropylmethylcellulose omvatten glutaaraldehyde, glyoxal, formaldehyde, enz. Onder hen heeft glutaaraldehyde twee aldehydegroepen en is de verknopingsreactie snel, en glutaaraldehyde is een veelgebruikt ontsmettingsmiddel.Het is relatief veilig, dus glutaaraldehyde wordt over het algemeen gebruikt als verknopingsmiddel voor ethers.De hoeveelheid van dit type verknopingsmiddel in de oplossing is in het algemeen 7 tot 10% van het gewicht van de ether.De behandelingstemperatuur is ongeveer 0 tot 30 ° C en de tijd is 1 ~ 120 minuten [31].De verknopingsreactie moet onder zure omstandigheden worden uitgevoerd.Eerst wordt een anorganisch sterk zuur of organisch carbonzuur aan de oplossing toegevoegd om de pH van de oplossing op ongeveer 4-6 te brengen, en vervolgens worden aldehyden toegevoegd om de verknopingsreactie uit te voeren [32].Gebruikte zuren omvatten HC1, H2SO4, azijnzuur, citroenzuur en dergelijke.Het zuur en het aldehyde kunnen ook tegelijkertijd worden toegevoegd om de oplossing de verknopingsreactie in het gewenste pH-bereik te laten uitvoeren [33].

1.3 Antioxidatieve eigenschappen van hydroxypropylmethylcellulosefilms

Hydroxypropylmethylcellulose is rijk aan hulpbronnen, vormt gemakkelijk een film en heeft een goed vershoudend effect.Als voedselconserveringsmiddel heeft het een groot ontwikkelingspotentieel [34-36].

Zhuang Rongyu[37] gebruikte hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) eetbare film, bekleedde deze op tomaat en bewaarde deze vervolgens 18 dagen bij 20 °C om het effect op de stevigheid en kleur van tomaten te bestuderen.De resultaten laten zien dat de hardheid van tomaat met HPMC-coating hoger is dan die zonder coating.Er werd ook bewezen dat eetbare HPMC-film de kleurverandering van tomaten van roze naar rood kon vertragen wanneer ze bij 20 ℃ werden bewaard.

[38] bestudeerde de effecten van hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) coatingbehandeling op de kwaliteit, anthocyaansynthese en antioxiderende activiteit van "Wuzhong" bayberry fruit tijdens koude opslag.De resultaten toonden aan dat de anti-oxidatieprestaties van bayberry behandeld met HPMC-film waren verbeterd, en de vervalsnelheid tijdens opslag was verminderd, en het effect van 5% HPMC-film was het beste.

Wang Kaikai et al.[39] gebruikte "Wuzhong" bayberry fruit als testmateriaal om het effect te bestuderen van riboflavine-gecomplexeerde hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) coating op de kwaliteit en antioxiderende eigenschappen van bayberry fruit na de oogst tijdens opslag bij 1 ℃.effect van activiteit.De resultaten toonden aan dat de riboflavine-composiet HPMC-gecoate bayberry-vrucht effectiever was dan de enkele riboflavine- of HPMC-coating, waardoor de bederfsnelheid van bayberry-vruchten tijdens opslag effectief werd verminderd, waardoor de bewaarperiode van de vrucht werd verlengd.

De laatste jaren stelt men steeds hogere eisen aan voedselveiligheid.Onderzoekers in binnen- en buitenland hebben hun onderzoeksfocus gaandeweg verlegd van voedingsadditieven naar verpakkingsmaterialen.Door antioxidanten in verpakkingsmaterialen toe te voegen of te spuiten, kunnen ze voedseloxidatie verminderen.Het effect van vervalsnelheid [40].Natuurlijke antioxidanten zijn alom verontrust vanwege hun hoge veiligheid en goede gezondheidseffecten op het menselijk lichaam [40,41].

Antioxidant van Bamboo Leaves (afgekort AOB) is een natuurlijke antioxidant met een unieke natuurlijke bamboegeur en goede oplosbaarheid in water.Het is opgenomen in de nationale standaard GB2760 en is goedgekeurd door het ministerie van Volksgezondheid als antioxidant voor natuurlijke voeding.Het kan ook worden gebruikt als voedingsadditief voor vleesproducten, aquatische producten en gepofte voeding [42].

Zon Lina enz. [42]beoordeelde de belangrijkste componenten en eigenschappen van bamboeblad-antioxidanten en introduceerde de toepassing van bamboeblad-antioxidanten in voedsel.Door 0,03% AOB toe te voegen aan verse mayonaise, is het antioxiderende effect op dit moment het duidelijkst.Vergeleken met dezelfde hoeveelheid thee-polyfenol-antioxidanten, is het antioxiderende effect duidelijk beter dan dat van thee-polyfenolen;150% toevoegen aan bier Bij mg/L zijn de antioxiderende eigenschappen en de bewaarstabiliteit van bier aanzienlijk verhoogd en is het bier goed verenigbaar met de wijnbody.Terwijl het de oorspronkelijke kwaliteit van het wijnlichaam garandeert, verhoogt het ook het aroma en de zachte smaak van bamboebladeren [43].

Samenvattend heeft hydroxypropylmethylcellulose goede filmvormende eigenschappen en uitstekende prestaties.Het is ook een groen en afbreekbaar materiaal, dat kan worden gebruikt als verpakkingsfolie op het gebied van verpakkingen [44-48].Glycerol en sorbitol zijn beide in water oplosbare weekmakers.Het toevoegen van glycerol of sorbitol aan de filmvormende oplossing van cellulose kan de taaiheid van de hydroxypropylmethylcellulosefilm verbeteren, waardoor de rek bij breuk van de film toeneemt [49-51].Glutaaraldehyde is een veelgebruikt ontsmettingsmiddel.In vergelijking met andere aldehyden is het relatief veilig, heeft het een dialdehydegroep in het molecuul en is de verknopingssnelheid relatief hoog.Het kan worden gebruikt als een verknopingsmodificatie van hydroxypropylmethylcellulosefilm.Het kan de wateroplosbaarheid van de film aanpassen, zodat de film bij meer gelegenheden kan worden gebruikt [52-55].Antioxidanten van bamboeblad toevoegen aan hydroxypropylmethylcellulosefilm om de antioxiderende eigenschappen van hydroxypropylmethylcellulosefilm te verbeteren en de toepassing ervan in voedselverpakkingen uit te breiden.

1.4 Voorstel van het onderwerp

Vanuit de huidige onderzoekssituatie zijn in water oplosbare films voornamelijk samengesteld uit PVA-films, PEO-films, op zetmeel gebaseerde en op eiwit gebaseerde in water oplosbare films.Als op aardolie gebaseerd materiaal zijn PVA en PEO niet-hernieuwbare bronnen en het productieproces van hun grondstoffen kan vervuild zijn.Hoewel de Verenigde Staten, Japan en andere landen het als een niet-giftige stof hebben aangemerkt, staat de veiligheid ervan nog steeds ter discussie.Zowel inademing als inslikken zijn schadelijk voor het lichaam [8] en het kan geen volledig groene chemie worden genoemd.Het productieproces van op zetmeel en eiwit gebaseerde in water oplosbare materialen is in principe onschadelijk en het product is veilig, maar ze hebben de nadelen van harde filmvorming, lage rek en gemakkelijke breuk.Daarom moeten ze in de meeste gevallen worden bereid door ze te mengen met andere materialen zoals PVA.De gebruikswaarde is niet hoog.Daarom is het van groot belang om een ​​nieuw, hernieuwbaar, in water oplosbaar verpakkingsfilmmateriaal te ontwikkelen met uitstekende prestaties om de defecten van de huidige in water oplosbare film te verbeteren.

Hydroxypropylmethylcellulose is een natuurlijk polymeermateriaal, dat niet alleen rijk is aan hulpbronnen, maar ook hernieuwbaar is.Het heeft een goede oplosbaarheid in water en filmvormende eigenschappen en voldoet aan de voorwaarden voor het maken van in water oplosbare verpakkingsfilms.Daarom is dit document bedoeld om een ​​nieuw type in water oplosbare verpakkingsfilm te bereiden met hydroxypropylmethylcellulose als grondstof, en om de voorbereidingsomstandigheden en verhouding ervan systematisch te optimaliseren en geschikte weekmakers (glycerol en sorbitol) toe te voegen.), verknopingsmiddel (glutaaraldehyde), antioxidant (bamboeblad-antioxidant), en hun eigenschappen verbeteren, om de hydroxypropylgroep te bereiden met betere uitgebreide eigenschappen zoals mechanische eigenschappen, optische eigenschappen, oplosbaarheid in water en antioxiderende eigenschappen.Methylcellulose in water oplosbare verpakkingsfolie is van groot belang voor de toepassing ervan als in water oplosbaar verpakkingsfoliemateriaal.

1.5 Onderzoeksinhoud

De inhoud van het onderzoek is als volgt:

1) De in water oplosbare HPMC-verpakkingsfilm werd bereid door middel van filmvormende methode voor oplossingsgieten en de eigenschappen van de film werden geanalyseerd om de invloed van de concentratie van HPMC-filmvormende vloeistof en de filmvormende temperatuur op de prestaties van HPMC in water oplosbare verpakkingsfolie.

2) Het bestuderen van de effecten van glycerol en sorbitol weekmakers op de mechanische eigenschappen, wateroplosbaarheid en optische eigenschappen van HPMC wateroplosbare verpakkingsfilms.

3) Het effect bestuderen van glutaaraldehyde vernettingsmiddel op de wateroplosbaarheid, mechanische eigenschappen en optische eigenschappen van HPMC wateroplosbare verpakkingsfilms.

4) Bereiding van AOB/HPMC in water oplosbare verpakkingsfilm.De oxidatieweerstand, oplosbaarheid in water, mechanische eigenschappen en optische eigenschappen van AOB/HPMC dunne films werden bestudeerd.

Hoofdstuk 2 Bereiding en eigenschappen van hydroxypropylmethylcellulose Wateroplosbare verpakkingsfilm

2.1 Inleiding

Hydroxypropylmethylcellulose is een natuurlijk cellulosederivaat.Het is niet-toxisch, niet-vervuilend, hernieuwbaar, chemisch stabiel en heeft een goede wateroplosbaarheid en filmvormende eigenschappen.Het is een potentieel in water oplosbaar materiaal voor verpakkingsfolie.

In dit hoofdstuk wordt hydroxypropylmethylcellulose gebruikt als grondstof voor de bereiding van hydroxypropylmethylcellulose-oplossing met een massafractie van 2% tot 6%, de bereiding van in water oplosbare verpakkingsfolie door oplossingsgieten en het bestuderen van de filmvormende vloeistof Effecten van concentratie en filmvorming temperatuur op film mechanische, optische en wateroplosbaarheid eigenschappen.De kristallijne eigenschappen van de film werden gekenmerkt door röntgendiffractie, en de treksterkte, rek bij breuk, lichtdoorlatendheid en waas van de in water oplosbare verpakkingsfilm van hydroxypropylmethylcellulose werden geanalyseerd door middel van een trekproef, optische test en testgraad van wateroplosbaarheid en wateroplosbaarheid.

2.2 Experimentele afdeling

2.2.1 Experimentele materialen en instrumenten

2.2.2 Monstervoorbereiding

1) Wegen: Weeg een bepaalde hoeveelheid hydroxypropylmethylcellulose af met een elektronische weegschaal.

2) Oplossen: voeg de gewogen hydroxypropylmethylcellulose toe aan het bereide gedeïoniseerde water, roer bij normale temperatuur en druk tot het volledig is opgelost en laat het dan een bepaalde tijd staan ​​(ontschuimen) om een ​​bepaalde concentratie van de samenstelling te verkrijgen.membraan vloeistof.Geformuleerd op 2%, 3%, 4%, 5% en 6%.

3) Filmvorming: ① Bereiding van films met verschillende filmvormende concentraties: Injecteer HPMC-filmvormende oplossingen met verschillende concentraties in glazen petrischalen om films te gieten, en plaats ze in een droogoven bij 40~50°C om te drogen en films vormen.Er wordt een in water oplosbare verpakkingsfilm van hydroxypropylmethylcellulose met een dikte van 25-50 μm bereid, de film wordt afgepeld en voor gebruik in een droogdoos geplaatst.②Bereiding van dunne films bij verschillende filmvormingstemperaturen (temperaturen tijdens drogen en filmvorming): Injecteer de filmvormende oplossing met een concentratie van 5% HPMC in een glazen petrischaal en giet films bij verschillende temperaturen (30~70°C ) De film werd gedroogd in een droogoven met geforceerde lucht.De in water oplosbare verpakkingsfilm van hydroxypropylmethylcellulose met een dikte van ongeveer 45 μm werd bereid en de film werd afgepeld en voor gebruik in een droogdoos geplaatst.De bereide in water oplosbare verpakkingsfilm van hydroxypropylmethylcellulose wordt kortweg HPMC-film genoemd.

2.2.3 Karakterisering en prestatiemeting

2.2.3.1 Groothoekröntgendiffractieanalyse (XRD).

Groothoekröntgendiffractie (XRD) analyseert de kristallijne toestand van een stof op moleculair niveau.Voor de bepaling werd de röntgendiffractometer van het ARL/XTRA-type geproduceerd door Thermo ARL Company in Zwitserland gebruikt.Meetomstandigheden: De röntgenbron was een met nikkel gefilterde Cu-kα-lijn (40 kV, 40 mA).De scanhoek is van 0° tot 80° (2θ).Scansnelheid 6°/min.

2.2.3.2 Mechanische eigenschappen

De treksterkte en rek bij breuk van de film worden gebruikt als criteria voor het beoordelen van de mechanische eigenschappen, en de treksterkte (treksterkte) verwijst naar de spanning wanneer de film de maximale uniforme plastische vervorming produceert, en de eenheid is MPa.Rek bij breuk (Breaking Elongation) verwijst naar de verhouding van de rek bij breuk tot de oorspronkelijke lengte, uitgedrukt in %.Gebruik de miniatuur elektronische universele trekbank van het type INSTRON (5943) van de testapparatuur van Instron (Shanghai), volgens de GB13022-92-testmethode voor trekeigenschappen van plastic films, test bij 25 ° C, 50% RH-omstandigheden, selecteer monsters met uniform dikte en schoon oppervlak zonder onzuiverheden worden getest.

2.2.3.3 Optische eigenschappen

Optische eigenschappen zijn een belangrijke indicator van de transparantie van verpakkingsfolies, waaronder voornamelijk de doorlaatbaarheid en waas van de folie.De doorlaatbaarheid en waas van de films werden gemeten met behulp van een doorlaatbaarheidswaastester.Kies een testmonster met een schoon oppervlak en zonder vouwen, plaats het voorzichtig op de testbank, bevestig het met een zuignap en meet de lichtdoorlatendheid en waas van de film bij kamertemperatuur (25°C en 50% RH).Het monster wordt 3 keer getest en de gemiddelde waarde wordt genomen.

2.2.3.4 Oplosbaarheid in water

Snijd een film van 30 mm × 30 mm met een dikte van ongeveer 45 μm, voeg 100 ml water toe aan een bekerglas van 200 ml, plaats de film in het midden van het stilstaande wateroppervlak en meet de tijd die de film nodig heeft om volledig te verdwijnen [56].Elk monster werd 3 keer gemeten en de gemiddelde waarde werd genomen en de eenheid was min.

2.2.4 Gegevensverwerking

De experimentele gegevens werden verwerkt door Excel en geplot door Origin-software.

2.3 Resultaten en discussie

2.3.1.1 XRD-patronen van HPMC dunne films onder verschillende filmvormende oplossingsconcentraties

Fig.2.1 XRD van HPMC-films onder verschillende inhoud van HP

Groothoekröntgendiffractie is de analyse van de kristallijne toestand van stoffen op moleculair niveau.Figuur 2.1 is het XRD-diffractiepatroon van dunne HPMC-films onder verschillende filmvormende oplossingsconcentraties.Er zijn twee diffractiepieken [57-59] (bijna 9,5° en 20,4°) in de HPMC-film in de figuur.Uit de figuur blijkt dat met de toename van de HPMC-concentratie eerst de diffractiepieken van de HPMC-film rond 9,5° en 20,4° worden versterkt.en vervolgens verzwakt, nam de mate van moleculaire ordening (geordende ordening) eerst toe en daarna af.Wanneer de concentratie 5% is, is de ordelijke rangschikking van HPMC-moleculen optimaal.De reden voor het bovenstaande fenomeen kan zijn dat met de toename van de HPMC-concentratie het aantal kristalkernen in de filmvormende oplossing toeneemt, waardoor de HPM-moleculaire rangschikking regelmatiger wordt.Wanneer de HPMC-concentratie 5% overschrijdt, verzwakt de XRD-diffractiepiek van de film.Vanuit het oogpunt van moleculaire ketenrangschikking, wanneer de HPMC-concentratie te hoog is, is de viscositeit van de filmvormende oplossing te hoog, waardoor het moeilijk wordt voor de moleculaire ketens om te bewegen en niet op tijd kan worden gerangschikt, waardoor de mate aantal bestellingen van de HPMC-films afgenomen.

2.3.1.2 Mechanische eigenschappen van HPMC dunne films onder verschillende filmvormende oplossingsconcentraties.

De treksterkte en rek bij breuk van de film worden gebruikt als criteria voor het beoordelen van de mechanische eigenschappen ervan, en de treksterkte verwijst naar de spanning wanneer de film de maximale uniforme plastische vervorming produceert.De rek bij breuk is de verhouding van de verplaatsing tot de oorspronkelijke lengte van de film bij breuk.De meting van de mechanische eigenschappen van de film kan de toepassing ervan op sommige gebieden beoordelen.

Fig.2.2 Het effect van verschillende inhoud van HPMC op mechanische eigenschappen van HPMC-films

Uit Fig. 2.2, de veranderende trend van treksterkte en rek bij breuk van HPMC-film onder verschillende concentraties filmvormende oplossing, kan worden gezien dat de treksterkte en rek bij breuk van HPMC-film eerst toenam met de toename van de concentratie van HPMC filmvormende oplossing.Wanneer de oplossingsconcentratie 5% is, zijn de mechanische eigenschappen van HPMC-films beter.Dit komt omdat wanneer de filmvormende vloeistofconcentratie laag is, de viscositeit van de oplossing laag is, de interactie tussen moleculaire ketens relatief zwak is en de moleculen niet op een geordende manier kunnen worden gerangschikt, dus het kristallisatievermogen van de film is laag en zijn mechanische eigenschappen zijn slecht;wanneer de filmvormende vloeistofconcentratie 5% is, bereiken de mechanische eigenschappen de optimale waarde;naarmate de concentratie van de filmvormende vloeistof blijft toenemen, wordt het gieten en diffunderen van de oplossing moeilijker, wat resulteert in een ongelijkmatige dikte van de verkregen HPMC-film en meer oppervlaktedefecten [60], resulterend in een afname van de mechanische eigenschappen van HPMC-films.Daarom is de concentratie van 5% HPMC filmvormende oplossing het meest geschikt.De prestaties van de verkregen film zijn ook beter.

2.3.1.3 Optische eigenschappen van HPMC dunne films onder verschillende filmvormende oplossingsconcentraties

In verpakkingsfolies zijn lichtdoorlatendheid en waas belangrijke parameters die de transparantie van de folie aangeven.Figuur 2.3 toont de veranderende trends van transmissie en waas van HPMC-films onder verschillende filmvormende vloeistofconcentraties.Uit de figuur blijkt dat met de toename van de concentratie van de HPMC-filmvormende oplossing, de transmissie van de HPMC-film geleidelijk afnam, en de troebeling aanzienlijk toenam met de toename van de concentratie van de filmvormende oplossing.

Fig.2.3 Het effect van verschillende inhoud van HPMC op optische eigenschappen van HPMC-films

Er zijn twee hoofdredenen: ten eerste, vanuit het perspectief van de getalsconcentratie van de gedispergeerde fase, wanneer de concentratie laag is, heeft de getalsconcentratie een dominant effect op de optische eigenschappen van het materiaal [61].Daarom worden, met de toename van de concentratie van de HPMC-filmvormende oplossing, de dichtheden van de film verminderd.De lichtdoorlatendheid nam aanzienlijk af en de waas nam aanzienlijk toe.Ten tweede, uit de analyse van het filmmaakproces kan het zijn dat de film is gemaakt door middel van de oplossingsgietfilmvormingsmethode.De toename van de rekbaarheidsmoeilijkheid leidt tot een afname van de gladheid van het filmoppervlak en een afname van de optische eigenschappen van de HPMC-film.

2.3.1.4 Wateroplosbaarheid van HPMC dunne films onder verschillende filmvormende vloeistofconcentraties

De oplosbaarheid in water van in water oplosbare films is gerelateerd aan hun filmvormende concentratie.Knip films van 30 mm x 30 mm uit die gemaakt zijn met verschillende filmvormende concentraties en markeer de film met "+" om de tijd te meten die de film nodig heeft om volledig te verdwijnen.Als de film omwikkelt of aan de wanden van de beker blijft plakken, test u opnieuw.Figuur 2.4 is het trenddiagram van de wateroplosbaarheid van HPMC-films onder verschillende filmvormende vloeistofconcentraties.Uit de figuur blijkt dat met de toename van de filmvormende vloeistofconcentratie de in water oplosbare tijd van HPMC-films langer wordt, wat aangeeft dat de wateroplosbaarheid van HPMC-films afneemt.Er wordt gespeculeerd dat de reden kan zijn dat met de toename van de concentratie van de HPMC-filmvormende oplossing de viscositeit van de oplossing toeneemt en de intermoleculaire kracht sterker wordt na gelering, wat resulteert in de verzwakking van de diffusie van de HPMC-film in water en de afname van de oplosbaarheid in water.

Fig.2.4 Het effect van een verschillend gehalte aan HPMC op de oplosbaarheid in water van HPMC-films

2.3.2 Effect van filmvormingstemperatuur op HPMC dunne films

2.3.2.1 XRD-patronen van HPMC dunne films bij verschillende filmvormingstemperaturen

Fig.2.5 XRD van HPMC-films onder verschillende filmvormingstemperaturen

Figuur 2.5 toont de XRD-patronen van dunne HPMC-films bij verschillende filmvormingstemperaturen.Twee diffractiepieken bij 9,5° en 20,4° werden geanalyseerd voor de HPMC-film.Vanuit het perspectief van de intensiteit van de diffractiepieken, met de toename van de filmvormende temperatuur, namen de diffractiepieken op de twee plaatsen eerst toe en verzwakten vervolgens, en het kristallisatievermogen nam eerst toe en nam vervolgens af.Toen de filmvormingstemperatuur 50 ° C was, was de geordende opstelling van HPMC-moleculen Vanuit het perspectief van het effect van temperatuur op homogene kiemvorming, wanneer de temperatuur laag is, is de viscositeit van de oplossing hoog, de groeisnelheid van kristalkernen is klein en kristallisatie is moeilijk;naarmate de filmvormende temperatuur geleidelijk toeneemt, neemt de kiemvormingssnelheid toe, wordt de beweging van de moleculaire keten versneld, wordt de moleculaire keten gemakkelijk op een geordende manier rond de kristalkern gerangschikt en is het gemakkelijker om kristallisatie te vormen, dus de kristallisatie bereikt de maximale waarde bij een bepaalde temperatuur;als de filmvormingstemperatuur te hoog is, is de moleculaire beweging te gewelddadig, is de vorming van de kristalkern moeilijk en is de vorming van het nucleaire rendement laag en is het moeilijk om kristallen te vormen [62,63].Daarom neemt de kristalliniteit van HPMC-films eerst toe en neemt vervolgens af met de toename van de filmvormingstemperatuur.

2.3.2.2 Mechanische eigenschappen van HPMC dunne films bij verschillende filmvormingstemperaturen

De verandering van de filmvormingstemperatuur zal een zekere mate van invloed hebben op de mechanische eigenschappen van de film.Figuur 2.6 toont de veranderende trend van treksterkte en rek bij breuk van HPMC-films bij verschillende filmvormingstemperaturen.Tegelijkertijd vertoonde het een trend van eerst stijgen en daarna dalen.Wanneer de filmvormingstemperatuur 50 °C was, bereikten de treksterkte en rek bij breuk van de HPMC-film de maximale waarden, die respectievelijk 116 MPa en 32% waren.

Fig.2.6 Het effect van filmvormingstemperatuur op mechanische eigenschappen van HPMC-films

Vanuit het perspectief van moleculaire ordening geldt: hoe groter de geordende rangschikking van moleculen, hoe beter de treksterkte [64].Uit Fig. 2.5 XRD-patronen van HPMC-films bij verschillende filmvormingstemperaturen kan worden gezien dat met de toename van de filmvormingstemperatuur de geordende rangschikking van HPMC-moleculen eerst toeneemt en vervolgens afneemt.Wanneer de filmvormingstemperatuur 50 ° C is, is de mate van geordende opstelling het grootst, dus de treksterkte van HPMC-films neemt eerst toe en neemt vervolgens af met de toename van de filmvormingstemperatuur, en de maximale waarde verschijnt bij de filmvorming temperatuur van 50℃.De rek bij breuk vertoont een trend van eerst stijgend en daarna afnemend.De reden kan zijn dat met de toename van de temperatuur de ordelijke rangschikking van moleculen eerst toeneemt en vervolgens afneemt, en de kristallijne structuur gevormd in de polymeermatrix wordt verspreid in de niet-gekristalliseerde polymeermatrix.In de matrix wordt een fysieke verknoopte structuur gevormd, die een bepaalde rol speelt bij het taai worden [65], waardoor de rek bij breuk van de HPMC-film wordt bevorderd tot een piek bij de filmvormingstemperatuur van 50 °C.

2.3.2.3 Optische eigenschappen van HPMC-films bij verschillende filmvormingstemperaturen

Figuur 2.7 is de veranderingscurve van de optische eigenschappen van HPMC-films bij verschillende filmvormingstemperaturen.Uit de figuur blijkt dat met de toename van de filmvormingstemperatuur de doorlaatbaarheid van HPMC-film geleidelijk toeneemt, de waas geleidelijk afneemt en de optische eigenschappen van HPMC-film geleidelijk beter worden.

Fig.2.7 Het effect van filmvormingstemperatuur op optische eigenschappen van HPMC

Volgens de invloed van temperatuur en watermoleculen op de film [66], wanneer de temperatuur laag is, bestaan ​​er watermoleculen in HPMC in de vorm van gebonden water, maar dit gebonden water zal geleidelijk vervluchtigen en HPMC bevindt zich in een glastoestand.De vervluchtiging van de film vormt gaten in HPMC en vervolgens wordt verstrooiing gevormd bij de gaten na bestraling met licht [67], dus de lichtdoorlatendheid van de film is laag en de waas hoog;naarmate de temperatuur stijgt, beginnen de moleculaire segmenten van HPMC te bewegen. De gaten die worden gevormd na de vervluchtiging van water worden gevuld, de gaten nemen geleidelijk af, de mate van lichtverstrooiing bij de gaten neemt af en de transmissie neemt toe [68], dus de lichtdoorlatendheid van de film neemt toe en de waas neemt af.

2.3.2.4 Wateroplosbaarheid van HPMC-films bij verschillende filmvormingstemperaturen

Figuur 2.8 toont de wateroplosbaarheidscurven van HPMC-films bij verschillende filmvormingstemperaturen.Uit de figuur blijkt dat de wateroplosbaarheidstijd van HPMC-films toeneemt met de toename van de filmvormingstemperatuur, dat wil zeggen dat de wateroplosbaarheid van HPMC-films slechter wordt.Met de toename van de filmvormende temperatuur worden de verdampingssnelheid van watermoleculen en de geleringssnelheid versneld, wordt de beweging van moleculaire ketens versneld, wordt de moleculaire afstand verkleind en wordt de moleculaire rangschikking op het oppervlak van de film dichter, waardoor het voor watermoleculen moeilijk wordt om tussen HPMC-moleculen te komen.De oplosbaarheid in water is ook verminderd.

Fig.2.8 Het effect van filmvormingstemperatuur op wateroplosbaarheid van HPMC-film

2.4 Samenvatting van dit hoofdstuk

In dit hoofdstuk werd hydroxypropylmethylcellulose gebruikt als grondstof voor de bereiding van HPMC wateroplosbare verpakkingsfilm door middel van oplossingsgieten.De kristalliniteit van de HPMC-film werd geanalyseerd door middel van XRD-diffractie;de mechanische eigenschappen van de in water oplosbare HPMC-verpakkingsfilm werden getest en geanalyseerd door een micro-elektronische universele trekbank, en de optische eigenschappen van de HPMC-film werden geanalyseerd door een waastester voor lichttransmissie.De oplostijd in water (wateroplosbaarheidstijd) wordt gebruikt om de oplosbaarheid in water te analyseren.Uit bovenstaand onderzoek zijn de volgende conclusies getrokken:

1) De mechanische eigenschappen van HPMC-films namen eerst toe en namen vervolgens af met de toename van de concentratie van de filmvormende oplossing, en namen eerst toe en namen vervolgens af met de toename van de filmvormende temperatuur.Wanneer de concentratie van de HPMC-filmvormende oplossing 5% was en de filmvormende temperatuur 50°C was, zijn de mechanische eigenschappen van de film goed.Op dit moment is de treksterkte ongeveer 116 MPa en de rek bij breuk ongeveer 31%;

2) De optische eigenschappen van HPMC-films nemen af ​​met de toename van de concentratie van de filmvormende oplossing en nemen geleidelijk toe met de toename van de filmvormende temperatuur;overweeg volledig dat de concentratie van de filmvormende oplossing niet hoger mag zijn dan 5% en dat de filmvormende temperatuur niet hoger mag zijn dan 50°C

3) De wateroplosbaarheid van HPMC-films vertoonde een neerwaartse trend met de toename van de concentratie van de filmvormende oplossing en de toename van de filmvormende temperatuur.Wanneer de concentratie van 5% HPMC filmvormende oplossing en de filmvormende temperatuur van 50 °C werden gebruikt, was de wateroplostijd van de film 55 minuten.

Hoofdstuk 3 Effecten van weekmakers op HPMC wateroplosbare verpakkingsfilms

3.1 Inleiding

Als een nieuw type natuurlijk polymeermateriaal heeft HPMC in water oplosbare verpakkingsfilm een ​​goed ontwikkelingsperspectief.Hydroxypropylmethylcellulose is een natuurlijk cellulosederivaat.Het is niet giftig, niet vervuilend, hernieuwbaar, chemisch stabiel en heeft goede eigenschappen.In water oplosbaar en filmvormend, het is een potentieel in water oplosbaar materiaal voor verpakkingsfolie.

Het vorige hoofdstuk besprak de bereiding van HPMC in water oplosbare verpakkingsfilm door gebruik te maken van hydroxypropylmethylcellulose als grondstof door oplossingsgieten, filmvormende methode, en het effect van filmvormende vloeistofconcentratie en filmvormende temperatuur op hydroxypropylmethylcellulose in water oplosbare verpakkingsfilm .prestatie-impact.De resultaten laten zien dat de treksterkte van de film ongeveer 116 MPa is en de rek bij breuk 31% is onder de optimale concentratie- en procesomstandigheden.De taaiheid van dergelijke films is in sommige toepassingen slecht en behoeft verdere verbetering.

In dit hoofdstuk wordt hydroxypropylmethylcellulose nog steeds als grondstof gebruikt en wordt de in water oplosbare verpakkingsfilm bereid door middel van oplossingsgieten., rek bij breuk), optische eigenschappen (doorlaatbaarheid, waas) en oplosbaarheid in water.

3.2 Experimentele Afdeling

3.2.1 Experimentele materialen en instrumenten

Tabel 3.1 Experimentele materialen en specificaties

Tabel 3.2 Experimentele instrumenten en specificaties

3.2.2 Monstervoorbereiding

1) Wegen: Weeg een bepaalde hoeveelheid hydroxypropylmethylcellulose (5%) en sorbitol (0,05%, 0,15%, 0,25%, 0,35%, 0,45%) af met een elektronische weegschaal en gebruik een injectiespuit om glycerolalcohol (0,05%, 0,15%, 0,25%, 0,35%, 0,45%).

2) Oplossen: voeg de gewogen hydroxypropylmethylcellulose toe aan het bereide gedeïoniseerde water, roer bij normale temperatuur en druk totdat het volledig is opgelost en voeg dan respectievelijk glycerol of sorbitol toe in verschillende massafracties.Roer in de hydroxypropylmethylcellulose-oplossing een tijdje om het gelijkmatig te mengen en laat het 5 minuten staan ​​(ontschuimen) om een ​​bepaalde concentratie filmvormende vloeistof te verkrijgen.

3) Film maken: injecteer de filmvormende vloeistof in een glazen petrischaal en giet het om een ​​film te vormen, laat het een bepaalde tijd staan ​​om het te laten geleren en plaats het dan in een droogoven om te drogen en vorm een ​​film om een ​​film te maken met een dikte van 45 μm.Nadat de film voor gebruik in een droogbox is geplaatst.

3.2.3 Karakterisering en prestatietesten

3.2.3.1 Analyse van infraroodabsorptiespectroscopie (FT-IR).

Infraroodabsorptiespectroscopie (FTIR) is een krachtige methode om de functionele groepen in de moleculaire structuur te karakteriseren en functionele groepen te identificeren.Het infraroodabsorptiespectrum van de HPMC-verpakkingsfilm werd gemeten met behulp van een Nicolet 5700 Fourier-transformatie-infraroodspectrometer geproduceerd door Thermoelectric Corporation.In dit experiment werd de dunne-filmmethode gebruikt, het scanbereik was 500-4000 cm-1 en het aantal scans was 32. De monsterfilms werden gedroogd in een droogoven bij 50 °C gedurende 24 uur voor infraroodspectroscopie.

3.2.3.2 Groothoekröntgendiffractieanalyse (XRD): idem 2.2.3.1

3.2.3.3 Bepaling van mechanische eigenschappen

De treksterkte en rek bij breuk van de film worden gebruikt als parameters voor het beoordelen van de mechanische eigenschappen ervan.De rek bij breuk is de verhouding van de verplaatsing tot de oorspronkelijke lengte bij breuk van de film, in %.Gebruik de INSTRON (5943) miniatuur elektronische universele trekbank van Instron (Shanghai) testapparatuur, in overeenstemming met GB13022-92 testmethode voor trekeigenschappen van plastic films, test bij 25 ° C, 50% RH-omstandigheden, selecteer monsters met uniform dikte en schoon oppervlak zonder onzuiverheden worden getest.

3.2.3.4 Bepaling van optische eigenschappen: idem 2.2.3.3

3.2.3.5 Bepaling van de oplosbaarheid in water

Snijd een film van 30 mm × 30 mm met een dikte van ongeveer 45 μm, voeg 100 ml water toe aan een bekerglas van 200 ml, plaats de film in het midden van het stilstaande wateroppervlak en meet de tijd die de film nodig heeft om volledig te verdwijnen [56].Elk monster werd 3 keer gemeten en de gemiddelde waarde werd genomen en de eenheid was min.

3.2.4 Gegevensverwerking

De experimentele gegevens zijn verwerkt door Excel en de grafiek is getekend door Origin-software.

3.3 Resultaten en discussie

3.3.1 Effecten van glycerol en sorbitol op het infraroodabsorptiespectrum van HPMC-films

(a) Glycerol (b) Sorbitol

Fig.3.1 FT-IR van de HPMC-films onder verschillende glycerol- of sorbitolumconcentraten

Infraroodabsorptiespectroscopie (FTIR) is een krachtige methode om de functionele groepen in de moleculaire structuur te karakteriseren en functionele groepen te identificeren.Figuur 3.1 toont de infraroodspectra van HPMC-films met verschillende toevoegingen van glycerol en sorbitol.Uit de figuur blijkt dat de karakteristieke skelettrillingspieken van HPMC-films voornamelijk in de twee gebieden liggen: 2600~3700cm-1 en 750~1700cm-1 [57-59], 3418cm-1

De nabijgelegen absorptiebanden worden veroorzaakt door de rektrilling van de OH-binding, 2935 cm-1 is de absorptiepiek van -CH2, 1050 cm-1 is de absorptiepiek van -CO- en -COC- op de primaire en secundaire hydroxylgroepen, en 1657 cm-1 is de absorptiepiek van de hydroxypropylgroep.De absorptiepiek van de hydroxylgroep in de rektrilling van het raamwerk, 945 cm-1, is de schommelende absorptiepiek van -CH3 [69].De absorptiepieken bij 1454 cm-1, 1373 cm-1, 1315 cm-1 en 945 cm-1 worden toegewezen aan respectievelijk de asymmetrische, symmetrische vervormingstrillingen, in-plane en out-of-plane buigtrillingen van -CH3 [18].Na weekmaking verschenen er geen nieuwe absorptiepieken in het infraroodspectrum van de film, wat aangeeft dat HPMC geen essentiële veranderingen onderging, dat wil zeggen dat de weekmaker zijn structuur niet vernietigde.Met de toevoeging van glycerol verzwakte de rektrillingspiek van -OH bij 3418 cm-1 van HPMC-film, en de absorptiepiek bij 1657 cm-1, werden de absorptiepieken bij 1050 cm-1 verzwakt en de absorptiepieken van -CO- en - COC- op de primaire en secundaire hydroxylgroepen verzwakt;met de toevoeging van sorbitol aan de HPMC-film werden de pieken van de -OH-strektrilling bij 3418 cm-1 verzwakt en de absorptiepieken bij 1657 cm-1 verzwakt..De veranderingen van deze absorptiepieken worden voornamelijk veroorzaakt door inductieve effecten en intermoleculaire waterstofbinding, waardoor ze veranderen met de aangrenzende -CH3- en -CH2-banden.door kleine verhindert het inbrengen van moleculaire stoffen de vorming van intermoleculaire waterstofbruggen, waardoor de treksterkte van de geplastificeerde film afneemt [70].

3.3.2 Effecten van glycerol en sorbitol op de XRD-patronen van HPMC-films

(a) Glycerol (b) Sorbitol

Fig.3.2 XRD van HPMC-films onder verschillende glycerol- of sorbitolconcentraties

Groothoekröntgendiffractie (XRD) analyseert de kristallijne toestand van stoffen op moleculair niveau.Voor de bepaling werd de röntgendiffractometer van het ARL/XTRA-type geproduceerd door Thermo ARL Company in Zwitserland gebruikt.Figuur 3.2 is de XRD-patronen van HPMC-films met verschillende toevoegingen van glycerol en sorbitol.Met de toevoeging van glycerol verzwakte de intensiteit van de diffractiepieken bij 9,5 ° en 20,4 ° beide;met de toevoeging van sorbitol, toen de toegevoegde hoeveelheid 0,15% was, werd de diffractiepiek bij 9,5° verbeterd en de diffractiepiek bij 20,4° verzwakt, maar de totale diffractiepiekintensiteit was lager dan die van de HPMC-film zonder sorbitol .Met de continue toevoeging van sorbitol verzwakte de diffractiepiek bij 9,5° weer en veranderde de diffractiepiek bij 20,4° niet significant.Dit komt omdat de toevoeging van kleine moleculen van glycerol en sorbitol de ordelijke rangschikking van moleculaire ketens verstoort en de oorspronkelijke kristalstructuur vernietigt, waardoor de kristallisatie van de film wordt verminderd.Uit de figuur blijkt dat glycerol een grote invloed heeft op de kristallisatie van HPMC-films, wat aangeeft dat glycerol en HPMC een goede compatibiliteit hebben, terwijl sorbitol en HPMC een slechte compatibiliteit hebben.Uit de structurele analyse van weekmakers blijkt dat sorbitol een suikerringstructuur heeft die lijkt op die van cellulose, en dat het sterische hinderende effect groot is, wat resulteert in een zwakke interpenetratie tussen sorbitolmoleculen en cellulosemoleculen, dus het heeft weinig effect op de kristallisatie van cellulose.

[48].

3.3.3 Effecten van glycerol en sorbitol op de mechanische eigenschappen van HPMC-films

De treksterkte en rek bij breuk van de film worden gebruikt als parameters om de mechanische eigenschappen ervan te beoordelen, en de meting van mechanische eigenschappen kan de toepassing ervan op bepaalde gebieden beoordelen.Figuur 3.3 toont de verandering in treksterkte en rek bij breuk van HPMC-films na toevoeging van weekmakers.

Fig.3.3 Het effect van glycerol of sorbitolumon op de machine-eigenschappen van HPMC-films

Uit figuur 3.3(a) is te zien dat bij toevoeging van glycerol de rek bij breuk van de HPMC-film eerst toeneemt en vervolgens afneemt, terwijl de treksterkte eerst snel afneemt, daarna langzaam toeneemt en daarna steeds verder afneemt.De rek bij breuk van de HPMC-film nam eerst toe en daarna af, omdat glycerol meer hydrofiele groepen heeft, waardoor de materiaal- en watermoleculen een sterk hydraterend effect hebben [71], waardoor de flexibiliteit van de film verbetert.Met de continue toename van de toevoeging van glycerol neemt de rek bij breuk van de HPMC-film af, dit komt omdat glycerol de opening in de HPMC-molecuulketen groter maakt en de verstrengeling tussen macromoleculen. Het punt wordt verminderd en de film is vatbaar voor breuk wanneer de film is gespannen, waardoor de rek bij breuk van de film wordt verminderd.De reden voor de snelle afname van de treksterkte is: de toevoeging van kleine glycerolmoleculen verstoort de nauwe opstelling tussen de HPMC-moleculaire ketens, verzwakt de interactiekracht tussen macromoleculen en vermindert de treksterkte van de film;de treksterkte Een kleine toename, vanuit het perspectief van de rangschikking van de moleculaire keten, verhoogt de juiste glycerol de flexibiliteit van HPMC-moleculaire ketens tot op zekere hoogte, bevordert de rangschikking van moleculaire ketens van polymeren en zorgt ervoor dat de treksterkte van de film iets toeneemt;Wanneer er echter te veel glycerol is, worden de moleculaire ketens tegelijkertijd met de ordelijke rangschikking ontregeld en is de snelheid van ontregeling hoger dan die van de geordende rangschikking [72], wat de kristallisatie van de film, wat resulteert in een lage treksterkte van de HPMC-film.Aangezien het taaimakende effect ten koste gaat van de treksterkte van de HPMC-film, dient de hoeveelheid toegevoegde glycerol niet te groot te zijn.

Zoals weergegeven in figuur 3.3(b), nam bij toevoeging van sorbitol de rek bij breuk van de HPMC-film eerst toe en daarna af.Wanneer de hoeveelheid sorbitol 0,15% was, bereikte de rek bij breuk van de HPMC-film 45%, waarna de rek bij breuk van de film geleidelijk weer afnam.De treksterkte neemt snel af, en schommelt dan rond de 50MP bij continue toevoeging van sorbitol.Men kan zien dat wanneer de toegevoegde hoeveelheid sorbitol 0,15% is, het weekmakende effect het beste is.Dit komt omdat de toevoeging van kleine sorbitolmoleculen de regelmatige rangschikking van moleculaire ketens verstoort, waardoor de opening tussen moleculen groter wordt, de interactiekracht wordt verminderd en de moleculen gemakkelijk glijden, zodat de rek bij breuk van de film toeneemt en de afname van de treksterkte.Naarmate de hoeveelheid sorbitol bleef toenemen, nam de rek bij breuk van de film weer af, omdat de kleine sorbitolmoleculen volledig tussen de macromoleculen waren verspreid, wat resulteerde in de geleidelijke vermindering van de verstrengelingspunten tussen de macromoleculen en de afname van de rek. bij pauze van de film.

Als we de weekmakende effecten van glycerol en sorbitol op HPMC-films vergelijken, kan het toevoegen van 0,15% glycerol de rek bij breuk van de film verhogen tot ongeveer 50%;terwijl het toevoegen van 0,15% sorbitol de rek bij breuk van de film alleen maar kan verhogen. De snelheid bereikt ongeveer 45%.De treksterkte nam af en de afname was kleiner wanneer glycerol werd toegevoegd.Men kan zien dat het weekmakende effect van glycerol op HPMC-film beter is dan dat van sorbitol.

3.3.4 Effecten van glycerol en sorbitol op de optische eigenschappen van HPMC-films

(a) Glycerol (b) Sorbitol

Fig.3.4 Het effect van glycerol of sorbitolumon optische eigenschappen van HPMC-films

Lichtdoorlatendheid en waas zijn belangrijke parameters van de transparantie van de verpakkingsfolie.De zichtbaarheid en helderheid van de verpakte goederen zijn voornamelijk afhankelijk van de lichtdoorlatendheid en waas van de verpakkingsfolie.Zoals weergegeven in figuur 3.4, beïnvloedde de toevoeging van glycerol en sorbitol beide de optische eigenschappen van HPMC-films, met name de waas.Figuur 3.4(a) is een grafiek die het effect laat zien van glyceroltoevoeging op de optische eigenschappen van HPMC-films.Met de toevoeging van glycerol nam de transmissie van HPMC-films eerst toe en nam vervolgens af, waarbij een maximale waarde van ongeveer 0,25% werd bereikt;De waas nam snel en daarna langzaam toe.Uit de bovenstaande analyse blijkt dat wanneer de toegevoegde hoeveelheid glycerol 0,25% is, de optische eigenschappen van de film beter zijn, dus de toegevoegde hoeveelheid glycerol mag niet hoger zijn dan 0,25%.Figuur 3.4(b) is een grafiek die het effect laat zien van sorbitoltoevoeging op de optische eigenschappen van HPMC-films.Uit de figuur blijkt dat met de toevoeging van sorbitol de troebeling van HPMC-films eerst toeneemt, vervolgens langzaam afneemt en vervolgens toeneemt, en de transmissie eerst toeneemt en daarna toeneemt.afgenomen, en de lichtdoorlaatbaarheid en waas leken tegelijkertijd pieken toen de hoeveelheid sorbitol 0,45% was.Men kan zien dat wanneer de toegevoegde hoeveelheid sorbitol tussen 0,35 en 0,45% ligt, de optische eigenschappen ervan beter zijn.Als we de effecten van glycerol en sorbitol op de optische eigenschappen van HPMC-films vergelijken, blijkt dat sorbitol weinig effect heeft op de optische eigenschappen van de films.

Over het algemeen hebben materialen met een hoge lichtdoorlatendheid een lagere waas, en vice versa, maar dit is niet altijd het geval.Sommige materialen hebben een hoge lichtdoorlatendheid maar ook hoge waaswaarden, zoals dunne films zoals matglas [73].De film die in dit experiment is bereid, kan de juiste weekmaker en toevoegingshoeveelheid kiezen op basis van de behoeften.

3.3.5 Effecten van glycerol en sorbitol op de wateroplosbaarheid van HPMC-films

(a) Glycerol (b) Sorbitol

Fig.3.5 Het effect van glycerol of sorbitolumon wateroplosbaarheid van HPMC-films

Figuur 3.5 toont het effect van glycerol en sorbitol op de wateroplosbaarheid van HPMC-films.Uit de figuur blijkt dat met de toename van het weekmakergehalte de wateroplosbaarheidstijd van HPMC-film wordt verlengd, dat wil zeggen dat de wateroplosbaarheid van HPMC-film geleidelijk afneemt en dat glycerol een grotere invloed heeft op de wateroplosbaarheid van HPMC-film dan sorbitol.De reden waarom hydroxypropylmethylcellulose een goede oplosbaarheid in water heeft, is vanwege het bestaan ​​van een groot aantal hydroxylgroepen in het molecuul.Uit de analyse van het infraroodspectrum blijkt dat met de toevoeging van glycerol en sorbitol de hydroxyltrillingspiek van de HPMC-film verzwakt, wat aangeeft dat het aantal hydroxylgroepen in het HPMC-molecuul afneemt en de hydrofiele groep afneemt, dus de wateroplosbaarheid van de HPMC-film neemt af.

3.4 Secties van dit hoofdstuk

Door de bovenstaande prestatieanalyse van HPMC-films kan worden gezien dat de weekmakers glycerol en sorbitol de mechanische eigenschappen van HPMC-films verbeteren en de rek bij breuk van de films vergroten.Wanneer de toevoeging van glycerol 0,15% is, zijn de mechanische eigenschappen van HPMC-films relatief goed, is de treksterkte ongeveer 60 MPa en is de rek bij breuk ongeveer 50%;wanneer de toevoeging van glycerol 0,25% is, zijn de optische eigenschappen beter.Wanneer het gehalte aan sorbitol 0,15% is, is de treksterkte van HPMC-film ongeveer 55 MPa en neemt de rek bij breuk toe tot ongeveer 45%.Wanneer het gehalte aan sorbitol 0,45% is, zijn de optische eigenschappen van de film beter.Beide weekmakers verminderden de oplosbaarheid in water van HPMC-films, terwijl sorbitol minder effect had op de oplosbaarheid in water van HPMC-films.De vergelijking van de effecten van de twee weekmakers op de eigenschappen van HPMC-films laat zien dat het weekmakende effect van glycerol op HPMC-films beter is dan dat van sorbitol.

Hoofdstuk 4 Effecten van verknopingsmiddelen op HPMC wateroplosbare verpakkingsfilms

4.1 Inleiding

Hydroxypropylmethylcellulose bevat veel hydroxylgroepen en hydroxypropoxygroepen, dus het heeft een goede oplosbaarheid in water.Dit papier gebruikt zijn goede oplosbaarheid in water om een ​​nieuwe groene en milieuvriendelijke in water oplosbare verpakkingsfolie te maken.Afhankelijk van de toepassing van de in water oplosbare film is bij de meeste toepassingen een snelle oplossing van de in water oplosbare film vereist, maar soms is ook een vertraagde oplossing gewenst [21].

Daarom wordt in dit hoofdstuk glutaaraldehyde gebruikt als het gemodificeerde verknopingsmiddel voor de in water oplosbare verpakkingsfilm van hydroxypropylmethylcellulose, en het oppervlak wordt verknoopt om de film te modificeren om de wateroplosbaarheid van de film te verminderen en de wateroplosbaarheid tijd.De effecten van verschillende volumetoevoegingen van glutaaraldehyde op de wateroplosbaarheid, mechanische eigenschappen en optische eigenschappen van hydroxypropylmethylcellulosefilms werden voornamelijk bestudeerd.

4.2 Experimenteel deel

4.2.1 Experimentele materialen en instrumenten

Tabel 4.1 Experimentele materialen en specificaties

4.2.2 Monstervoorbereiding

1) Wegen: weeg een bepaalde hoeveelheid hydroxypropylmethylcellulose (5%) af met een elektronische weegschaal;

2) Oplossen: de gewogen hydroxypropylmethylcellulose wordt toegevoegd aan het bereide gedeïoniseerde water, geroerd bij kamertemperatuur en druk tot het volledig is opgelost, en vervolgens verschillende hoeveelheden glutaaraldehyde (0,19% 0,25% 0,31%, 0,38%, 0,44%), gelijkmatig geroerd, een bepaalde tijd laten staan ​​(ontschuimen), en de filmvormende vloeistof met verschillende toegevoegde hoeveelheden glutaaraldehyde wordt verkregen;

3) Film maken: injecteer de filmvormende vloeistof in de glazen petrischaal en giet de film, plaats deze in de luchtdroogbox van 40 ~ 50 ° C om de film te drogen, maak een film met een dikte van 45 μm, leg de film bloot , en leg het in de droogbox voor back-up.

4.2.3 Karakterisering en prestatietesten

4.2.3.1 Analyse van infraroodabsorptiespectroscopie (FT-IR).

De infraroodaanzuiging van HPMC-films werd bepaald met behulp van de Nicolet 5700 Fourier infraroodspectrometer geproduceerd door de American Thermoelectric Company close the spectrum.

4.2.3.2 Groothoekröntgendiffractieanalyse (XRD).

Groothoekröntgendiffractie (XRD) is de analyse van de kristallisatietoestand van een stof op moleculair niveau.In dit artikel werd de kristallisatietoestand van de dunne film bepaald met behulp van een ARL/XTRA röntgendiffractometer geproduceerd door Thermo ARL uit Zwitserland.Meetomstandigheden: De röntgenbron is een Cu-kα-lijn met nikkelfilter (40 kV, 40 mA).Scanhoek van 0° tot 80° (2θ).Scansnelheid 6°/min.

4.2.3.3 Bepaling van de oplosbaarheid in water: idem 2.2.3.4

4.2.3.4 Bepaling van mechanische eigenschappen

Gebruik de INSTRON (5943) miniatuur elektronische universele trekbank van Instron (Shanghai) testapparatuur, volgens GB13022-92 testmethode voor trekeigenschappen van plastic films, test bij 25 ° C, 50% RH-omstandigheden, selecteer monsters met uniforme dikte en schoon oppervlak zonder onzuiverheden worden getest.

4.2.3.5 Bepaling van optische eigenschappen

Selecteer met behulp van een lichtdoorlatendheid waastester een te testen monster met een schoon oppervlak en zonder vouwen, en meet de lichtdoorlatendheid en waas van de film bij kamertemperatuur (25°C en 50% RH).

4.2.4 Gegevensverwerking

De experimentele gegevens werden verwerkt door Excel en grafisch weergegeven door Origin-software.

4.3 Resultaten en discussie

4.3.1 Infraroodabsorptiespectra van met glutaaraldehyde verknoopte HPMC-films

Fig.4.1 FT-IR van HPMC-films met verschillend glutaaraldehydegehalte

Infraroodabsorptiespectroscopie is een krachtig middel om de functionele groepen in de moleculaire structuur te karakteriseren en functionele groepen te identificeren.Om de structurele veranderingen van hydroxypropylmethylcellulose na modificatie beter te begrijpen, werden voor en na modificatie infraroodtesten uitgevoerd op HPMC-films.Figuur 4.1 toont de infraroodspectra van HPMC-films met verschillende hoeveelheden glutaaraldehyde en de vervorming van HPMC-films

De trillingsabsorptiepieken van -OH liggen in de buurt van 3418 cm-1 en 1657 cm-1.Als we de verknoopte en niet-verknoopte infraroodspectra van HPMC-films vergelijken, kan worden gezien dat met de toevoeging van glutaaraldehyde de trillingspieken van -OH bij 3418 cm-1 en 1657 cm- De absorptiepiek van de hydroxylgroep op 1 hydroxypropoxygroep was aanzienlijk verzwakt, wat aangeeft dat het aantal hydroxylgroepen in het HPMC-molecuul was verminderd, wat werd veroorzaakt door de verknopingsreactie tussen sommige hydroxylgroepen van HPMC en de dialdehydegroep op glutaaraldehyde [74].Bovendien werd gevonden dat de toevoeging van glutaaraldehyde de positie van elke karakteristieke absorptiepiek van HPMC niet veranderde, wat aangeeft dat de toevoeging van glutaaraldehyde de HPMC-groepen zelf niet vernietigde.

4.3.2 XRD-patronen van met glutaaraldehyde verknoopte HPMC-films

Door röntgendiffractie op een materiaal uit te voeren en het diffractiepatroon ervan te analyseren, is het een onderzoeksmethode om informatie te verkrijgen, zoals de structuur of morfologie van atomen of moleculen in het materiaal.Figuur 4.2 toont de XRD-patronen van HPMC-films met verschillende toevoegingen van glutaaraldehyde.Met de toename van glutaaraldehyde-toevoeging verzwakte de intensiteit van de diffractiepieken van HPMC rond 9,5 ° en 20,4 °, omdat de aldehyden op het glutaaraldehyde-molecuul verzwakten.De verknopingsreactie vindt plaats tussen de hydroxylgroep en de hydroxylgroep op het HPMC-molecuul, wat de mobiliteit van de moleculaire keten beperkt [75], waardoor het geordende vermogen van het HPMC-molecuul wordt verminderd.

Fig.4.2 XRD van HPMC-films met verschillend glutaaraldehydegehalte

4.3.3 Het effect van glutaaraldehyde op de wateroplosbaarheid van HPMC-films

Fig.4.3 Het effect van glutaaraldehyde op de oplosbaarheid in water van HPMC-films

Uit figuur 4.3, het effect van verschillende toevoegingen van glutaaraldehyde op de oplosbaarheid in water van HPMC-films, kan worden gezien dat met de toename van de dosering van glutaaraldehyde de oplosbaarheidstijd van HPMC-films in water wordt verlengd.De verknopingsreactie vindt plaats met de aldehydegroep op glutaaraldehyde, wat resulteert in een significante vermindering van het aantal hydroxylgroepen in het HPMC-molecuul, waardoor de oplosbaarheid in water van de HPMC-film wordt verlengd en de oplosbaarheid in water van de HPMC-film wordt verminderd.

4.3.4 Effect van glutaaraldehyde op mechanische eigenschappen van HPMC-films

Fig.4.4 Het effect van glutaaraldehyde op de treksterkte en rek bij breuk van HPMC-films

Om het effect van het glutaaraldehydegehalte op de mechanische eigenschappen van HPMC-films te onderzoeken, werden de treksterkte en rek bij breuk van de gemodificeerde films getest.Zo is 4.4 de grafiek van het effect van glutaaraldehyde-toevoeging op de treksterkte en rek bij breuk van de film.Met de toename van de toevoeging van glutaaraldehyde namen de treksterkte en rek bij breuk van HPMC-films eerst toe en daarna af.de tendens van.Aangezien de verknoping van glutaaraldehyde en cellulose behoort tot veretheringsverknoping, ondergaan na toevoeging van glutaaraldehyde aan de HPMC-film de twee aldehydegroepen op het glutaaraldehydemolecuul en de hydroxylgroepen op het HPMC-molecuul een verknopingsreactie om etherbindingen te vormen. , waardoor de mechanische eigenschappen van HPMC-films toenemen.Met de continue toevoeging van glutaaraldehyde neemt de verknopingsdichtheid in de oplossing toe, wat het relatieve glijden tussen moleculen beperkt, en de moleculaire segmenten worden niet gemakkelijk georiënteerd onder invloed van externe kracht, wat aantoont dat de mechanische eigenschappen van HPMC dunne films macroscopisch afnemen [76] ].Uit figuur 4.4 blijkt uit het effect van glutaaraldehyde op de mechanische eigenschappen van HPMC-films dat wanneer de toevoeging van glutaaraldehyde 0,25% is, het verknopingseffect beter is en de mechanische eigenschappen van HPMC-films beter zijn.

4.3.5 Het effect van glutaaraldehyde op de optische eigenschappen van HPMC-films

Lichtdoorlatendheid en waas zijn twee zeer belangrijke optische prestatieparameters van verpakkingsfolies.Hoe groter de doorlaatbaarheid, hoe beter de transparantie van de film;de waas, ook wel troebelheid genoemd, geeft de mate van onduidelijkheid van de film aan, en hoe groter de waas, hoe slechter de helderheid van de film.Figuur 4.5 is de invloedscurve van de toevoeging van glutaaraldehyde op de optische eigenschappen van HPMC-films.Uit de figuur blijkt dat bij toenemende toevoeging van glutaaraldehyde de lichtdoorlatendheid eerst langzaam toeneemt, dan snel toeneemt en vervolgens langzaam afneemt;waas Het nam eerst af en daarna toe.Wanneer de toevoeging van glutaaraldehyde 0,25% was, bereikte de transmissie van HPMC-film de maximale waarde van 93% en bereikte de waas de minimale waarde van 13%.Op dit moment waren de optische prestaties beter.De reden voor de toename van optische eigenschappen is de verknopingsreactie tussen glutaaraldehydemoleculen en hydroxypropylmethylcellulose, en de intermoleculaire opstelling is compacter en uniformer, wat de optische eigenschappen van HPMC-films verhoogt [77-79].Wanneer het verknopingsmiddel overmatig is, zijn de verknopingsplaatsen oververzadigd, is het relatieve glijden tussen de moleculen van het systeem moeilijk en treedt het gelfenomeen gemakkelijk op.Daarom zijn de optische eigenschappen van HPMC-films verminderd [80].

Fig.4.5 Het effect van glutaaraldehyde op optische eigenschappen van HPMC-films

4.4 Secties van dit hoofdstuk

Op basis van bovenstaande analyse worden de volgende conclusies getrokken:

1) Het infraroodspectrum van de met glutaaraldehyde verknoopte HPMC-film laat zien dat de glutaaraldehyde- en HPMC-film een ​​verknopingsreactie ondergaan.

2) Het is geschikter om glutaaraldehyde toe te voegen in het bereik van 0,25% tot 0,44%.Wanneer de toegevoegde hoeveelheid glutaaraldehyde 0,25% is, zijn de uitgebreide mechanische eigenschappen en optische eigenschappen van de HPMC-film beter;na verknoping wordt de oplosbaarheid in water van de HPMC-film verlengd en wordt de oplosbaarheid in water verminderd.Wanneer de toegevoegde hoeveelheid glutaaraldehyde 0,44% is, bereikt de wateroplosbaarheidstijd ongeveer 135 minuten.

Hoofdstuk 5 Natuurlijke antioxidant HPMC wateroplosbare verpakkingsfilm

5.1 Inleiding

Om de toepassing van hydroxypropylmethylcellulosefilm in voedselverpakkingen uit te breiden, gebruikt dit hoofdstuk bamboeblad-antioxidant (AOB) als een natuurlijk antioxidant-additief, en gebruikt het een oplossingsgiet-filmvormende methode om natuurlijke bamboeblad-antioxidanten met verschillende massafracties te bereiden.Antioxidant HPMC in water oplosbare verpakkingsfilm, bestudeert de antioxiderende eigenschappen, oplosbaarheid in water, mechanische eigenschappen en optische eigenschappen van de film en vormt een basis voor de toepassing ervan in voedselverpakkingssystemen.

5.2 Experimenteel deel

5.2.1 Experimentele materialen en experimentele instrumenten

Tab.5.1 Experimentele materialen en specificaties

Tab.5.2 Experimentele apparatuur en specificaties

5.2.2 Monstervoorbereiding

Bereid in water oplosbare verpakkingsfilms van hydroxypropylmethylcellulose met verschillende hoeveelheden antioxidanten van bamboeblad volgens de oplossingsgietmethode: bereid 5% hydroxypropylmethylcellulose-oplossing in water, roer gelijkmatig en voeg vervolgens hydroxypropylmethylcellulose toe. Voeg een bepaalde verhouding toe (0%, 0,01%, 0,03%, 0,05%, 0,07%, 0,09%) bamboeblad-antioxidanten toe aan de cellulosefilmvormende oplossing en blijf roeren

Laat, om volledig gemengd te worden, gedurende 3-5 minuten bij kamertemperatuur staan ​​(ontschuimen) om HPMC-filmvormende oplossingen te bereiden die verschillende massafracties bamboeblad-antioxidanten bevatten.Droog het in een droogoven en plaats het in een droogoven voor later gebruik na het verwijderen van de folie.De bereide in water oplosbare verpakkingsfilm van hydroxypropylmethylcellulose waaraan bamboeblad-antioxidant is toegevoegd, wordt kortweg AOB/HPMC-film genoemd.

5.2.3 Karakterisering en prestatietesten

5.2.3.1 Analyse van infraroodabsorptiespectroscopie (FT-IR).

De infraroodabsorptiespectra van HPMC-films werden gemeten in ATR-modus met behulp van een Nicolet 5700 Fourier-transformatie-infraroodspectrometer geproduceerd door Thermoelectric Corporation.

5.2.3.2 Groothoek röntgendiffractie (XRD) meting: idem 2.2.3.1

5.2.3.3 Bepaling van antioxiderende eigenschappen

Om de antioxiderende eigenschappen van de bereide HPMC-films en AOB/HPMC-films te meten, werd in dit experiment de DPPH-methode voor het wegvangen van vrije radicalen gebruikt om de snelheid van het wegvangen van de films naar DPPH-vrije radicalen te meten, om zo indirect de oxidatieweerstand te meten van de films.

Bereiding van DPPH-oplossing: los onder schaduwomstandigheden 2 mg DPPH op in 40 ml ethanoloplosmiddel en ultrasone trillingen ten gedurende 5 minuten om de oplossing uniform te maken.Bewaar in de koelkast (4°C) voor later gebruik.

Verwijzend naar de experimentele methode van Zhong Yuansheng [81], met een kleine wijziging, de meting van de A0-waarde: neem 2 ml DPPH-oplossing in een reageerbuis, voeg vervolgens 1 ml gedestilleerd water toe om volledig te schudden en te mengen, en meet de Een waarde (519nm) met een UV-spectrofotometer.is A0.Meting van A-waarde: voeg 2 ml DPPH-oplossing toe aan een reageerbuis, voeg vervolgens 1 ml HPMC-dunne-filmoplossing toe om grondig te mengen, meet A-waarde met UV-spectrofotometer, neem water als blanco controle en drie parallelle gegevens voor elke groep.DPPH vrije radicalen scavenging rate berekeningsmethode verwijst naar de volgende formule,

In de formule: A is de absorptie van het monster;A0 is de lege controle

5.2.3.4 Bepaling van mechanische eigenschappen: idem 2.2.3.2

5.2.3.5 Bepaling van optische eigenschappen

Optische eigenschappen zijn belangrijke indicatoren voor de transparantie van verpakkingsfolies, waaronder voornamelijk de doorlaatbaarheid en waas van de folie.De doorlaatbaarheid en waas van de films werden gemeten met behulp van een doorlaatbaarheidswaastester.De lichttransmissie en waas van de films werden gemeten bij kamertemperatuur (25°C en 50% RH) op testmonsters met schone oppervlakken en zonder vouwen.

5.2.3.6 Bepaling van de oplosbaarheid in water

Snijd een film van 30 mm x 30 mm met een dikte van ongeveer 45 μm, voeg 100 ml water toe aan een bekerglas van 200 ml, plaats de film in het midden van het stilstaande wateroppervlak en meet de tijd totdat de film volledig is verdwenen.Als de film aan de wand van de beker blijft plakken, moet deze opnieuw worden gemeten en het resultaat wordt genomen als het gemiddelde van 3 keer, de eenheid is min.

5.2.4 Gegevensverwerking

De experimentele gegevens werden verwerkt door Excel en grafisch weergegeven door Origin-software.

5.3 Resultaten en analyse

5.3.1 FT-IR-analyse

Fig5.1 FTIR van HPMC- en AOB/HPMC-films

In organische moleculen zijn de atomen die chemische bindingen of functionele groepen vormen in een staat van constante trilling.Wanneer de organische moleculen worden bestraald met infrarood licht, kunnen de chemische bindingen of functionele groepen in de moleculen trillingen absorberen, zodat informatie over de chemische bindingen of functionele groepen in het molecuul kan worden verkregen.Figuur 5.1 toont de FTIR-spectra van HPMC-film en AOB/HPMC-film.Uit figuur 5 blijkt dat de karakteristieke skelettrilling van hydroxypropylmethylcellulose voornamelijk geconcentreerd is in 2600~3700 cm-1 en 750~1700 cm-1.De sterke trillingsfrequentie in het gebied van 950-1250 cm-1 is voornamelijk het karakteristieke gebied van de trilling van het uitrekken van het skelet van CO2.De absorptieband van de HPMC-film nabij 3418 cm-1 wordt veroorzaakt door de rektrilling van de OH-binding, en de absorptiepiek van de hydroxylgroep op de hydroxypropoxygroep bij 1657 cm-1 wordt veroorzaakt door de rektrilling van het raamwerk [ 82].De absorptiepieken bij 1454 cm-1, 1373 cm-1, 1315 cm-1 en 945 cm-1 werden genormaliseerd naar asymmetrische, symmetrische vervormingstrillingen, in-plane en out-of-plane buigtrillingen die behoren tot -CH3 [83].HPMC is aangepast met AOB.Met de toevoeging van AOB verschoof de positie van elke karakteristieke piek van AOB/HPMC niet, wat aangeeft dat de toevoeging van AOB de groepen van HPMC zelf niet vernietigde.De rektrilling van de OH-binding in de absorptieband van de AOB/HPMC-film nabij 3418 cm-1 wordt verzwakt en de verandering van piekvorm wordt voornamelijk veroorzaakt door de verandering van de aangrenzende methyl- en methyleenbanden als gevolg van de inductie van waterstofbinding .12], is te zien dat de toevoeging van AOB een effect heeft op intermoleculaire waterstofbruggen.

5.3.2 XRD-analyse

Fig.5.2 XRD van HPMC en AOB/

Fig.5.2 XRD van HPMC- en AOB/HPMC-films

De kristallijne toestand van de films werd geanalyseerd door röntgendiffractie met een brede hoek.Figuur 5.2 toont de XRD-patronen van HPMC-films en AAOB/HPMC-films.Uit de figuur blijkt dat de HPMC-film 2 diffractiepieken heeft (9,5°, 20,4°).Met de toevoeging van AOB worden de diffractiepieken rond 9,5° en 20,4° aanzienlijk verzwakt, wat aangeeft dat de moleculen van de AOB/HPMC-film op een geordende manier zijn gerangschikt.Het vermogen nam af, wat aangeeft dat de toevoeging van AOB de rangschikking van de moleculaire keten van hydroxypropylmethylcellulose verstoorde, de oorspronkelijke kristalstructuur van het molecuul vernietigde en de regelmatige rangschikking van hydroxypropylmethylcellulose verminderde.

5.3.3 Antioxiderende eigenschappen

Om het effect van verschillende AOB-toevoegingen op de oxidatieweerstand van AOB/HPMC-films te onderzoeken, werden respectievelijk de films met verschillende toevoegingen van AOB (0, 0,01%, 0,03%, 0,05%, 0,07%, 0,09%) onderzocht.Het effect van de spoelsnelheid van de base, de resultaten zijn weergegeven in figuur 5.3.

Fig.5.3 Het effect van HPMC-films onder AOB-inhoud op DPPH-bewoning

Uit figuur 5.3 blijkt dat de toevoeging van AOB-antioxidant de afvangsnelheid van DPPH-radicalen door HPMC-films aanzienlijk verbeterde, dat wil zeggen dat de antioxiderende eigenschappen van de films verbeterden, en met de toename van AOB-toevoeging, de afvangst van DPPH-radicalen eerst toegenomen en daarna geleidelijk afgenomen.Wanneer de toegevoegde hoeveelheid AOB 0,03% is, heeft de AOB/HPMC-film het beste effect op de afvangsnelheid van DPPH-vrije radicalen en bereikt de afvangsnelheid voor DPPH-vrije radicalen 89,34%, dat wil zeggen, de AOB/HPMC-film heeft de beste anti-oxidatieprestaties op dit moment;Wanneer het AOB-gehalte 0,05% en 0,07% was, was de DPPH-afvangsnelheid van vrije radicalen van de AOB/HPMC-film hoger dan die van de 0,01%-groep, maar significant lager dan die van de 0,03%-groep;dit kan te wijten zijn aan overmatige natuurlijke antioxidanten. De toevoeging van AOB leidde tot de agglomeratie van AOB-moleculen en ongelijke verdeling in de film, waardoor het effect van het antioxiderende effect van AOB/HPMC-films werd aangetast.Het is te zien dat de AOB/HPMC-film die in het experiment is bereid een goede anti-oxidatieprestatie heeft.Wanneer de toegevoegde hoeveelheid 0,03% is, is de anti-oxidatieprestatie van de AOB/HPMC-film het sterkst.

5.3.4 Oplosbaarheid in water

Uit figuur 5.4, het effect van bamboeblad-antioxidanten op de wateroplosbaarheid van hydroxypropylmethylcellulosefilms, blijkt dat verschillende AOB-toevoegingen een significant effect hebben op de wateroplosbaarheid van HPMC-films.Na toevoeging van AOB, met de toename van de hoeveelheid AOB, was de in water oplosbare tijd van de film korter, hetgeen aangeeft dat de in water oplosbaarheid van de AOB/HPMC-film beter was.Dat wil zeggen, de toevoeging van AOB verbetert de AOB/HPMC-wateroplosbaarheid van de film.Uit de vorige XRD-analyse blijkt dat na toevoeging van AOB de kristalliniteit van de AOB/HPMC-film wordt verminderd en de kracht tussen de moleculaire ketens wordt verzwakt, waardoor het voor watermoleculen gemakkelijker wordt om de AOB/HPMC-film binnen te dringen. , dus de AOB/HPMC-film is tot op zekere hoogte verbeterd.Wateroplosbaarheid van de film.

Fig.5.4 Het effect van AOB op wateroplosbare HPMC-films

5.3.5 Mechanische eigenschappen

Fig.5.5 Het effect van AOB op treksterkte en rek bij breuk van HPMC-films

De toepassing van dunne-filmmaterialen wordt steeds uitgebreider en de mechanische eigenschappen ervan hebben een grote invloed op het servicegedrag van op membranen gebaseerde systemen, die een belangrijke onderzoekshotspot zijn geworden.Figuur 5.5 toont de treksterkte en rek bij breukkrommen van AOB/HPMC-films.Uit de figuur blijkt dat verschillende AOB-toevoegingen significante effecten hebben op de mechanische eigenschappen van de films.Na het toevoegen van AOB, met de toename van AOB-toevoeging, AOB/HPMC.De treksterkte van de film vertoonde een neerwaartse trend, terwijl de rek bij breuk een trend vertoonde van eerst toenemend en daarna afnemend.Wanneer het AOB-gehalte 0,01% was, bereikte de rek bij breuk van de film een ​​maximale waarde van ongeveer 45%.Het effect van AOB op de mechanische eigenschappen van HPMC-films is duidelijk.Uit de XRD-analyse blijkt dat de toevoeging van antioxidant AOB de kristalliniteit van de AOB/HPMC-film vermindert, waardoor de treksterkte van de AOB/HPMC-film afneemt.De rek bij breuk neemt eerst toe en neemt dan af, omdat AOB goed oplosbaar en verenigbaar is in water en een klein moleculaire substantie is.Tijdens het compatibiliteitsproces met HPMC wordt de interactiekracht tussen moleculen verzwakt en wordt de film verzacht.De stijve structuur maakt de AOB/HPMC-film zacht en de rek bij breuk van de film neemt toe;naarmate de AOB blijft toenemen, neemt de rek bij breuk van de AOB/HPMC-film af, omdat de AOB-moleculen in de AOB/HPMC-film de macromoleculen vormen. De opening tussen de ketens neemt toe en er is geen verstrengelingspunt tussen de macromoleculen, en de film breekt gemakkelijk wanneer de film onder spanning komt te staan, zodat de rek bij breuk van de AOB/HPMC-film afneemt.

5.3.6 Optische eigenschappen

Fig.5.6 Het effect van AOB op optische eigenschappen van HPMC-films

Figuur 5.6 is een grafiek die de verandering in doorlaatbaarheid en waas van AOB/HPMC-films laat zien.Uit de figuur blijkt dat met de toename van de toegevoegde hoeveelheid AOB, de transmissie van de AOB/HPMC-film afneemt en de troebeling toeneemt.Wanneer het AOB-gehalte niet hoger was dan 0,05%, waren de veranderingssnelheden van lichtdoorlatendheid en waas van AOB/HPMC-films traag;wanneer het AOB-gehalte 0,05% overschreed, werden de veranderingssnelheden van lichtdoorlatendheid en waas versneld.Daarom mag de toegevoegde hoeveelheid AOB niet hoger zijn dan 0,05%.

5.4 Secties van dit hoofdstuk

Met bamboeblad-antioxidant (AOB) als natuurlijke antioxidant en hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) als filmvormende matrix, werd een nieuw type natuurlijke antioxidant-verpakkingsfilm bereid door oplossingsmenging en gietfilmvormingsmethode.De in dit experiment bereide in water oplosbare AOB/HPMC-verpakkingsfilm heeft de functionele eigenschappen van anti-oxidatie.De AOB/HPMC-film met 0,03% AOB heeft een afvangpercentage van ongeveer 89% voor DPPH-vrije radicalen, en de afvangefficiëntie is de beste, wat beter is dan die zonder AOB.De HPMC-film is met 61% verbeterd.De oplosbaarheid in water is ook aanzienlijk verbeterd en de mechanische eigenschappen en optische eigenschappen zijn verminderd.De verbeterde oxidatieweerstand van AOB/HPMC-filmmaterialen heeft zijn toepassing in voedselverpakkingen uitgebreid.

Hoofdstuk VI Conclusie

1) Met de toename van de HPMC-filmvormende oplossingsconcentratie namen de mechanische eigenschappen van de film eerst toe en daarna af.Wanneer de HPMC-filmvormende oplossingsconcentratie 5% was, waren de mechanische eigenschappen van de HPMC-film beter en was de treksterkte 116 MPa.De rek bij breuk is ongeveer 31%;de optische eigenschappen en de oplosbaarheid in water nemen af.

2) Met de toename van de filmvormingstemperatuur namen de mechanische eigenschappen van de films eerst toe en daarna af, verbeterden de optische eigenschappen en nam de oplosbaarheid in water af.Wanneer de filmvormingstemperatuur 50 ° C is, zijn de algehele prestaties beter, de treksterkte ongeveer 116 MPa, de lichtdoorlatendheid ongeveer 90% en de wateroplostijd ongeveer 55 minuten, dus de filmvormingstemperatuur is meer geschikt bij 50°C.

3) Gebruik van weekmakers om de taaiheid van HPMC-films te verbeteren, met toevoeging van glycerol, nam de rek bij breuk van HPMC-films aanzienlijk toe, terwijl de treksterkte afnam.Wanneer de toegevoegde hoeveelheid glycerol tussen 0,15% en 0,25% lag, was de rek bij breuk van de HPMC-film ongeveer 50% en de treksterkte ongeveer 60 MPa.

4) Met toevoeging van sorbitol neemt de rek bij breuk van de film eerst toe en daarna af.Wanneer de toevoeging van sorbitol ongeveer 0,15% is, bereikt de rek bij breuk 45% en de treksterkte is ongeveer 55MPa.

5) De toevoeging van twee weekmakers, glycerol en sorbitol, verminderde beide de optische eigenschappen en de oplosbaarheid in water van HPMC-films, en de afname was niet groot.Als we het weekmakende effect van de twee weekmakers op HPMC-films vergelijken, kan worden gezien dat het weekmakende effect van glycerol beter is dan dat van sorbitol.

6) Door middel van infrarood-absorptiespectroscopie (FTIR) en groothoekröntgendiffractie-analyse werden de verknoping van glutaaraldehyde en HPMC en de kristalliniteit na verknoping bestudeerd.Met de toevoeging van het verknopingsmiddel glutaaraldehyde namen de treksterkte en rek bij breuk van de bereide HPMC-films eerst toe en daarna af.Wanneer de toevoeging van glutaaraldehyde 0,25% is, zijn de uitgebreide mechanische eigenschappen van HPMC-films beter;na verknoping wordt de oplosbaarheid in water verlengd en neemt de oplosbaarheid in water af.Wanneer de toevoeging van glutaaraldehyde 0,44% is, bereikt de wateroplosbaarheidstijd ongeveer 135 minuten.

7) Door een geschikte hoeveelheid AOB natuurlijke antioxidant toe te voegen aan de filmvormende oplossing van HPMC-film, heeft de bereide AOB/HPMC in water oplosbare verpakkingsfilm de functionele eigenschappen van anti-oxidatie.De AOB/HPMC-film met 0,03% AOB voegde 0,03% AOB toe om DPPH-vrije radicalen op te vangen. Het verwijderingspercentage is ongeveer 89% en de verwijderingsefficiëntie is het beste, wat 61% hoger is dan dat van de HPMC-film zonder AOB.De oplosbaarheid in water is ook aanzienlijk verbeterd en de mechanische eigenschappen en optische eigenschappen zijn verminderd.Wanneer de toegevoegde hoeveelheid van 0,03% AOB, het anti-oxidatie-effect van de film goed is, en de verbetering van de anti-oxidatieprestaties van AOB / HPMC-film breidt de toepassing van dit verpakkingsfilmmateriaal in voedselverpakkingen uit.