Возможности калориметрического метода в исследовании теплофизических характеристик биополимеров

Abstract

В работе представлены результаты исследований по расширению возможностей калориметрии (метод ДСК) для определения теплофизических характеристик растительных порошков как биополимеров. Максимальный диапазон температур калориметрического сканирования для биополимеров с естественной влажностью выбран в пределах их температур стеклования, для гидратированных биополимеров 20 % влажностью выбран в пределах температур дегидратации температуры разложения полимера или до формирования сети полимера, которая подавляет его гидрофильность. Определено, что окончательная температура сканирования калориметром для информативного эксперимента линейно зависит от уровня влажности. Установлена зависимость температур фазовых переходов от размера частиц, молекулярной массы и активной влажности биополимеров. Обнаружено, что температура замерзания аморфного порошка с активной влажностью ниже 0,926 смещается ниже нуля. Определено, что у аморфных растительных порошков с размером частиц 80–139 мкм и с низкой молекулярной массой температурные параметры стеклования (136–172 °C) и замерзания этих порошков с 20 % влажностью снижены (–8...–15 °C); а у аморфных растительных порошков с размером частиц 150–200 мкм и с высокой молекулярной массой температурные параметры стеклования выше (153–180 °C) и температура их замерзания при влажности 20 % на 0 °C. Для сухих порошков с низкой температурой стеклования ниже 150 °C после гидратации характерны температуры замерзания ниже 0 °С, для порошков с высокой температурой стеклования выше 153 °С после гидратации характерна температура замерзания на 0 °С. В результате данной работы определено, что максимальные температуры дегидратации 120°С и 153 °С характерны для аморфных порошков с естественной влажностью и с температурами стеклования не сильно превышающие эти температуры дегидратации, что может характеризовать эти температуры не только как температуры дегидратации, но и как температуры, отвечающие за сохранность гидрофильной структуры. The results of research enhanced calorimetry for determination the thermophysical properties of plant powders as biopolymers presented. The maximum temperature range of calorimetric scanning for biopolymers with natural humidity is chosen within their glass transition temperatures, for hydrated biopolymers with 20% humidity is chosen within the dehydration temperature of polymer decomposition or before the formation of a polymer network that suppresses its hydrophilicity. We found that the final scanning temperature depends linearly from the humidity level. The dependence of phase transition temperatures from particle size, molecular weight and active humidity of biopolymers was established. We have identified that the freezing temperature of amorphous powder with active humidity below 0,926 is shifted below zero. Dry powders with low glass transition temperatures below 150 °C after hydration are characterized by freezing temperatures below 0 °C. Powders with high glass transition temperatures above 153 °C after hydration are characterized by freezing temperatures of 0 °C. As a result of this work we found that maximum dehydration temperatures of 120 °C and 153 °C are typical for amorphous powders with natural humidity and glass transition temperatures not exceeding these dehydration temperatures very much, which can characterize these temperatures also as temperatures responsible for the preservation of the hydrophilic structure.