藥用級卡波姆樹脂的合成研究

俞 清

(南京威爾藥業(yè)股份有限公司，江蘇 南京 210047)

卡波姆(carbomer ) 又名卡波普(carbopol )，是一種由丙烯酸與烯丙基蔗糖醚或烯丙基季戊四醇醚交聯(lián)而成的高分子聚合物?？ú返难芯渴加谏鲜兰o五十年代，最早由美國Goodrich 公司開發(fā)并生產,到七、八十年代，對卡波姆的研究趨于成熟，并獲得廣泛的應用，主要用于化妝品和藥品的研究生產中[1]。在制藥生產中，主要用作增稠劑、助懸劑、黏合劑，控緩釋制劑的骨架材料，卡波姆作為一種新型藥用輔料可應用于液體制劑、半固體制劑和固體制劑中。由于在制藥中卡波姆應用日趨廣泛，因此近年來國內學者對卡波姆的合成技術進行了初步探索，但產品性能與國外產品仍有一定差距。所以本文主要對藥用輔料級卡波姆的合成工藝進行研究，考察交聯(lián)劑用量、反應溫度、反應時間、引發(fā)劑用量、溶劑配比對卡波姆粘度、透明度等性能的影響。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

1.1.1試劑

丙烯酸 聚合級；正己烷 AR；乙酸乙酯 AR；催化劑A 自制；烯丙基蔗糖醚 自制；偶氮二異庚腈(ABVN) AR；氫氧化鈉 AR。

1.1.2儀器

不銹鋼高壓釜(5L)； 博力菲RVT型旋轉粘度計；電子天平(精確至0.01克)；氮氣保護裝置；真空干燥裝置；國產72型紫外分光光度計。

1.2 卡波姆樹脂合成

1.2.1烯丙基蔗糖醚交聯(lián)劑合成[2]

將一定量的蔗糖﹑堿水溶液與氯丙烯一起加入高壓釜(5L)，然后加入自制催化劑A，升溫至80 ℃，保溫反應4 h，然后經過水洗，脫除低沸點雜質，得到烯丙基蔗糖醚。

1.2.2卡波姆樹脂合成

將一定比例的正己烷和乙酸乙酯溶劑加人高壓反應釜，然后分別加人丙烯酸，適量引發(fā)劑和交聯(lián)劑。用氮氣置換2-3次，開動攪拌器，升溫并控制溫度，保溫12 h，檢測溶劑酸值進行控制，待反應結束后，將沉淀物料降至室溫，經過離心、真空干燥，所得卡波姆樹脂產品為白色、細膩、輕質的粉末[3～6]。在25 ℃下配置0.5%的卡波姆水凝膠用氫氧化鈉中和(pH7.3～7.8)在25℃下測出粘度，并測定透明度。

1.3 性能參數測試及計算

1.3.1增稠能力

在室溫條件下，配制成0.5%的水凝膠，用R VT型旋轉粘度計測出粘度。

1.3.2透明度測試

在室溫條件下，配制成0.5%的水凝膠，用國產72型紫外分光光度計，在420 nm測定透過率，透過率大小代表透明度。

2 結果與討論

2.1 交聯(lián)劑用量對卡波姆樹脂性能的影響

根據丙烯酸投料量為80 g，混合溶劑為520 g(正己烷∶乙酸乙酯為3∶1)，引發(fā)劑為0.2 g，反應溫度為60 ℃，反應時間12 h，考察改變交聯(lián)劑投料量(w交聯(lián)劑/w丙烯酸)對卡波姆樹脂的凝膠粘度和透明度的影響。

圖1 空聯(lián)劑用量對卡波姆性能的影響Fig 1 Cross-linking agent dosage on the impact of carbomer

從圖1可以得出，卡波姆樹脂在0.5%的水凝膠粘度隨著交聯(lián)劑的增加先增加，當交聯(lián)劑在1%時，水凝膠粘度最大，然后水凝膠粘度隨著交聯(lián)劑增加而變小。從圖1中還可以看出，水凝膠透明度隨著交聯(lián)劑的增加呈下降趨勢。這主要是因為隨著交聯(lián)劑的增加，聚合丙烯酸由開始的線性分子向空間網格結構過渡，從而使得粘度在增加，透明度在降低，當交聯(lián)劑使用量大于1%時，樹脂就會形成更加緊密收縮的交聯(lián)網格[7], 使得卡波姆吸水性能較差，導致表觀水凝膠粘度變小，同時緊密的網絡結構也使得透明度明顯下降，因此綜合產品性能的變化，選擇交聯(lián)劑使用量為1%較為適宜。

2.2 聚合溫度對卡波姆性能的影響

根據丙烯酸投料量為80 g，混合溶劑為520 g(正己烷∶乙酸乙酯為3∶1)，引發(fā)劑為0.2 g，交聯(lián)劑為0.8 g，反應時間12 h，考察改變反應溫度對卡波姆樹脂的凝膠粘度和透明度的影響。

圖2 聚合溫度對卡波姆耐鹽性能的影響Fig 1 Polymerization reaction temperature on the impact of carbomer

在圖2中可以看出當反應溫度升高時，卡波姆樹脂0.5%水凝膠粘度減小，主要原因為在溫度升高時，反應過程中產生的自由基增加，導致聚合分子量減??；從圖2中得出在投料量一定后，溫度對卡波姆樹脂水凝膠透明度幾乎無影響，因此反應溫度控制在50～65 ℃。

2.3 聚合反應時間對卡波姆性能的影響

根據丙烯酸投料量為80 g，混合溶劑為520 g(正己烷∶乙酸乙酯為3∶1)，引發(fā)劑為0.2 g，交聯(lián)劑為0.86 g，反應溫度為60 ℃，在不同時間段取樣檢測溶劑酸值，并考察對卡波姆樹脂的凝膠粘度和透明度的影響。

表1 聚合反應時間對丙烯酸殘留的影響Table 1 Polymerization reaction time on the impact of Residual acrylic acid

在表1中可以看出隨著反應時間的延長時，卡波姆樹脂0.5%水凝膠粘度和透明度幾乎未發(fā)送變化，主要原因為聚合過程中，隨著丙烯酸單體聚合到達一定時間后，產品中分子結構和分子量已經確定，但是在中控過程中對溶劑的酸值進行檢測，隨著反應時間的延長，溶劑酸值越來越低，當反應時間大于10h后，溶劑酸值減小趨勢平緩，因此聚合反應時間選擇12 h。

2.4 引發(fā)劑用量對卡波姆耐鹽性能的影響

根據丙烯酸投料量為80 g，混合溶劑為520 g(正己烷∶乙酸乙酯為3∶1)，交聯(lián)劑為0.8 g，反應溫度為60 ℃進行，反應時間12 h，考察改變引發(fā)劑投料量對卡波姆樹脂水凝膠和透明度的影響。

表2 引發(fā)劑用量對卡波姆性能的影響Table 2 Initiator dosage on the impact of carbomer

根據表2數據可以看出卡波姆樹脂水凝膠粘度隨著引發(fā)劑用量的增加而減小，這主要是因為在聚合過程中隨著引發(fā)劑用量的增加，產生的自由基增多，導致聚合分子量變小，從表2中還可以得出透明度隨著引發(fā)劑用量的增加幾乎無變化，但是溶劑酸值隨著引發(fā)劑用量的增加而減小，主要因為隨著引發(fā)劑分解的自由基增加，丙烯酸單體反應越充分，通過引發(fā)劑用量對粘度和溶劑酸值的影響，引發(fā)劑選擇用量為丙烯酸單體的0.25%較適宜。

2.5 溶劑配比對卡波姆合成及成品指標的影響

根據丙烯酸投料量為80 g，混合溶劑為520 g，交聯(lián)劑為0.8 g，引發(fā)劑為0.2 g，反應溫度為60 ℃進行，反應時間12 h，考察改變溶劑配比對卡波姆樹脂水凝膠和透明度的影響。

由表3可以看出產品凝膠時的透明度隨著溶劑配比(正己烷/乙酸乙酯)的變大而減低，但是水凝膠粘度卻增加，這是因為當正己烷在混合溶劑中比重增加時，則反應體系凝膠效應更加強烈即反應體系粘度變大，這時自由基活性末端可能被包埋，終止速率常數K顯著下降，活性鏈壽命延長數十倍甚至延長數百倍，因此自動加速效應顯著，分子量迅速增加，由于這一過程占有聚合過程的大部分時間，因此產品粘度隨之增加。同時加速效應引起丙烯酸單體反應充分，溶劑酸值隨之降低，因此通過粘度，透明度，溶劑酸值綜合選取溶劑配比為3∶1較優(yōu)。

表3 溶劑配比對卡波姆性能的影響Table 3 Solvent ratio on the impact of carbomer

3 結 論

本文研究了在交聯(lián)劑使用量、聚合反應溫度、反應時間、引發(fā)劑用量、溶劑配比發(fā)生變化時對藥用級卡波姆產品性能的影響，通過對各因素的影響確定了合成藥用級卡波姆樹脂的影響最佳工藝：丙烯酸∶正己烷∶乙酸乙酯∶偶氮二異庚腈∶烯丙基蔗糖醚為1∶4.875∶1.625∶0.0025∶00.01。反應時間為12 h，反應溫度50～65 ℃。

[1] 蘇杰,張鈞壽,吳葆金. 卡波姆- 新型藥物輔料[J ]中國藥學雜志, 2000 , 35 (9) :579.

[2] 嚴軍表，余清，彭文勇 等. 蔗糖烯丙基醚的合成方法[P].中國專利: CN1944449.

[3] 童真,楊植文,馬 靜,劉新星.卡波姆的球磨改性方法[P].中國專利: CN200710032560.5.

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[5] Schlatzer Jr, Robert K. Polymerization of carboxylic acid monomers and alkyl acrylate esters in chlorofluoroethane[P]. US 3940351,1976.

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[7] 李敏，王力，蔣愛玲. 耐鹽性高吸水性樹脂的研究進展[J].廣東化工，第3期第3卷 2006.