高分子材料—第五章-药用高分子材料分析优秀PPT.ppt
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1、药用高分子材料学药用高分子材料学第五章第五章 药用合成高分子材料药用合成高分子材料单连海单连海本章系统地介绍已收载到各国药典的药用本章系统地介绍已收载到各国药典的药用合成高分子材料的生产,性质及其在药剂学合成高分子材料的生产,性质及其在药剂学中的应用和一些经物理化学加工供药剂领域中的应用和一些经物理化学加工供药剂领域创新用的合成高分子辅料制成品。创新用的合成高分子辅料制成品。优点:优点:化学结构和分子量明确,来源稳定,化学结构和分子量明确,来源稳定,性能优良,品种及规格多。性能优良,品种及规格多。不足:不足:反应残余。以及由此产生的生物不反应残余。以及由此产生的生物不相容性问题和与药物的不良相
2、互作用。相容性问题和与药物的不良相互作用。1 1、聚丙烯酸与聚丙烯酸钠、聚丙烯酸与聚丙烯酸钠 2 2、交联聚丙烯酸钠、交联聚丙烯酸钠 3 3、卡波沫、卡波沫 4 4、丙烯酸树脂、丙烯酸树脂丙烯酸类均聚物及共聚物丙烯酸类均聚物及共聚物1 (一一)化学结构和制备化学结构和制备 聚丙烯酸聚丙烯酸(PAA)是由丙烯酸甲体加成是由丙烯酸甲体加成聚合生成的高分子,用氢氧化钠中和后聚合生成的高分子,用氢氧化钠中和后即得到聚丙烯酸钠即得到聚丙烯酸钠(PAA-Na),二者都,二者都是水溶性的聚电解质。它们的化学结构是水溶性的聚电解质。它们的化学结构如下:如下:一、聚丙烯酸和聚丙烯酸钠一、聚丙烯酸和聚丙烯酸钠 聚
3、丙烯酸聚丙烯酸反应机理:自由基聚合。反应机理:自由基聚合。单体:丙烯酸类单体单体:丙烯酸类单体引发剂:过硫酸钾、过硫酸铵或过氧化引发剂:过硫酸钾、过硫酸铵或过氧化氢氢链转移剂:异丙醇、次磷酸钠或巯基琥链转移剂:异丙醇、次磷酸钠或巯基琥珀酸钠等珀酸钠等反应温度:反应温度:50100产物:分子量可达百万。产物:分子量可达百万。分子量影响因素:温度,单体、引发剂分子量影响因素:温度,单体、引发剂聚丙烯酸钠的制备聚丙烯酸钠的制备先聚合再中和。先聚合再中和。先中和再聚合(效果不好)。先中和再聚合(效果不好)。水解反应制备(聚丙烯酸甲酯,聚丙烯腈水解反应制备(聚丙烯酸甲酯,聚丙烯腈等)。等)。(二二)性质
4、性质 聚丙烯酸是硬而脆的透亮片状固体或白聚丙烯酸是硬而脆的透亮片状固体或白色粉末,遇水易溶胀和软化,在空气中易色粉末,遇水易溶胀和软化,在空气中易潮解,主要性质受羧基影响。潮解,主要性质受羧基影响。1溶解性溶解性 聚丙烯酸聚丙烯酸pKa=4.75。羧基阴离子的相。羧基阴离子的相互排斥作用有利于大分子卷曲链的伸展和互排斥作用有利于大分子卷曲链的伸展和溶剂化。聚丙烯酸钠解离程度增加,溶解溶剂化。聚丙烯酸钠解离程度增加,溶解度增大。度增大。2粘度和流变性粘度和流变性 影响聚合物溶解度的因素同样影响聚合物影响聚合物溶解度的因素同样影响聚合物溶液的粘度。溶解度越高,粘度也越大。在溶液的粘度。溶解度越高,
5、粘度也越大。在低低pH和盐溶液中,聚合物的粘性均减小。和盐溶液中,聚合物的粘性均减小。聚丙烯酸及其钠盐的水溶液水现假塑性流聚丙烯酸及其钠盐的水溶液水现假塑性流体性质。在高剪切应力下溶液的粘度显著下体性质。在高剪切应力下溶液的粘度显著下降,聚合度越高以及溶液浓度越大,该种流降,聚合度越高以及溶液浓度越大,该种流变性质越明显,并表现出较强的触变性。变性质越明显,并表现出较强的触变性。3化学反应性化学反应性聚丙烯酸可以被氢氧化钠中和,也可以被聚丙烯酸可以被氢氧化钠中和,也可以被氨水、三乙醇胺、三乙胺等弱碱性物质中和。氨水、三乙醇胺、三乙胺等弱碱性物质中和。在较高温度下,聚丙烯酸可以与乙二醇、在较高温
6、度下,聚丙烯酸可以与乙二醇、甘油、环氧烷烃等发生酯键结合并形成交联甘油、环氧烷烃等发生酯键结合并形成交联型水不溶性聚合物。型水不溶性聚合物。在在150以下干燥聚丙烯酸,可导致分子以下干燥聚丙烯酸,可导致分子内脱水,形成含六环结构的聚丙烯酸酐,同内脱水,形成含六环结构的聚丙烯酸酐,同时在分子间缓慢缩合形成交联异丁酸酐类聚时在分子间缓慢缩合形成交联异丁酸酐类聚合物。当温度提高至合物。当温度提高至300左右,聚合物结左右,聚合物结构进构进步缩合成环酮,逸出步缩合成环酮,逸出CO2,并渐渐分,并渐渐分解。聚丙烯酸钠有较好的耐热性。解。聚丙烯酸钠有较好的耐热性。(三)应用(三)应用聚丙烯酸和聚丙烯酸钠主
7、要在软膏、乳膏、聚丙烯酸和聚丙烯酸钠主要在软膏、乳膏、搽剂、巴布剂等外用药剂及化妆品中用作基搽剂、巴布剂等外用药剂及化妆品中用作基质、增稠剂、分散剂、增粘剂。在很多面粉质、增稠剂、分散剂、增粘剂。在很多面粉发酵食品中用作保鲜剂、粘合剂等。发酵食品中用作保鲜剂、粘合剂等。聚丙烯酸和聚丙烯酸钠对人体无毒,小鼠聚丙烯酸和聚丙烯酸钠对人体无毒,小鼠口服口服LD5010gkg。实际生产中应限制残。实际生产中应限制残余单体量在余单体量在1以下。以下。(一一)化学结构和制备化学结构和制备反应机理:自由基聚合反应机理:自由基聚合聚合方法:溶液聚合(聚合方法:溶液聚合(反应特点?反应特点?)单体:丙烯酸钠单体:
8、丙烯酸钠引发剂:过硫酸盐引发剂:过硫酸盐交联剂:二乙烯基类化合物交联剂:二乙烯基类化合物产物:交联聚丙烯酸钠产物:交联聚丙烯酸钠二、交联聚丙烯酸钠二、交联聚丙烯酸钠(二二)性质性质 交联聚丙烯酸钠是一种高吸水性树脂材料。交联聚丙烯酸钠是一种高吸水性树脂材料。在水中不溶,但能快速吸取自重数百倍的水在水中不溶,但能快速吸取自重数百倍的水分而溶胀。分而溶胀。交联聚丙烯酸钠的吸水机理与其聚电解质交联聚丙烯酸钠的吸水机理与其聚电解质性质有关。在交联的网络结构内,羧酸基团性质有关。在交联的网络结构内,羧酸基团吸引与之配对的可动离子和水分子,产生很吸引与之配对的可动离子和水分子,产生很高的渗透压,结构内外的
9、渗透压差和聚电解高的渗透压,结构内外的渗透压差和聚电解质对水的亲和力,促使大量水快速进入树脂质对水的亲和力,促使大量水快速进入树脂内。内。影响吸取实力的因素影响吸取实力的因素盐离子盐离子 降低。降低。树脂网络结构的孔径树脂网络结构的孔径交联度交联度交联链的链长交联链的链长树脂的粒度树脂的粒度(三三)应用应用 本品主要用作外用软膏或乳膏的本品主要用作外用软膏或乳膏的水性基质,亦是巴布剂的主要基质材水性基质,亦是巴布剂的主要基质材料,交联聚丙烯酸钠具有保湿、增稠、料,交联聚丙烯酸钠具有保湿、增稠、皮肤浸润、胶凝等作用。在软膏中用皮肤浸润、胶凝等作用。在软膏中用量为量为1%-4%(水溶液或乳液量水溶
10、液或乳液量),在巴,在巴布剂中常用量为布剂中常用量为6左右。此外,交联左右。此外,交联聚丙烯酸钠大量用作医用尿布、吸血聚丙烯酸钠大量用作医用尿布、吸血巾、妇女卫生巾等一次性复合卫生材巾、妇女卫生巾等一次性复合卫生材料的主要填充剂或添加剂。料的主要填充剂或添加剂。(一一)化学结构和制备化学结构和制备卡波沫包括多种类型和品种,其中卡波沫卡波沫包括多种类型和品种,其中卡波沫900系列为聚丙烯酸与蔗糖的烯丙基醚或季戊系列为聚丙烯酸与蔗糖的烯丙基醚或季戊四醇的烯丙基醚,系在苯液、醋酸乙酯或醋酸四醇的烯丙基醚,系在苯液、醋酸乙酯或醋酸乙酯与环己烷混合液中交联而成乙酯与环己烷混合液中交联而成。其中丙烯酸其中
11、丙烯酸羧酸为羧酸为5668,交联剂,交联剂(烯丙基蔗糖烯丙基蔗糖)仅仅0.752,产品交联度并不高。,产品交联度并不高。三、卡波沫三、卡波沫 CHCH2 2-CH-CHn n C C3 3H H5 5 OCOC1212H H2121O O1111 m m COOHCOOH(二二)性质性质 1性状性状 2溶解、溶胀及其凝胶特性溶解、溶胀及其凝胶特性 与聚丙烯酸理化性质相像,同时,结构中与聚丙烯酸理化性质相像,同时,结构中微弱的交联键又使之具有与交联聚丙烯酸钠相微弱的交联键又使之具有与交联聚丙烯酸钠相像的吸水现象。卡波沫分子中存在大量的羧酸像的吸水现象。卡波沫分子中存在大量的羧酸基团,具有亲水性,
12、可水中快速溶胀,但不溶基团,具有亲水性,可水中快速溶胀,但不溶解,表现出很低的粘性。解,表现出很低的粘性。卡波沫酸性弱,但易于与无机碱或有机碱卡波沫酸性弱,但易于与无机碱或有机碱反应生成树脂盐,表现为用碱中和时,其在水、反应生成树脂盐,表现为用碱中和时,其在水、醇和甘油中渐渐溶解,粘度很快增大,在低浓醇和甘油中渐渐溶解,粘度很快增大,在低浓度时形成澄明溶液,在浓度较大时形成具有确度时形成澄明溶液,在浓度较大时形成具有确定的强度和弹性的半透亮状凝胶。定的强度和弹性的半透亮状凝胶。卡波沫分子溶胀、溶解及粘度变更的缘卡波沫分子溶胀、溶解及粘度变更的缘由在于分子中存在的大量羧基基团。卡波由在于分子中存
13、在的大量羧基基团。卡波沫在用碱中和前后的分子结构及物理尺寸沫在用碱中和前后的分子结构及物理尺寸变更如图变更如图52。分散于水中时,要避开激烈搅拌,特分散于水中时,要避开激烈搅拌,特殊是用碱中和时要用宽敞的搅拌浆,防止殊是用碱中和时要用宽敞的搅拌浆,防止空气混入形成气泡。空气混入形成气泡。利用氢键结合也可实现卡波沫的溶胀与利用氢键结合也可实现卡波沫的溶胀与凝胶化作用,其机理是引入一羟基赐予体,凝胶化作用,其机理是引入一羟基赐予体,如具有如具有5个或个或5个以上乙氧基非离子表面活个以上乙氧基非离子表面活性剂与其形成氢键,使卡波沫卷曲的分子性剂与其形成氢键,使卡波沫卷曲的分子张开而增稠。最终系统的张
14、开而增稠。最终系统的pH呈酸性是该法呈酸性是该法与中和法之间的最大区分,这点对于对碱与中和法之间的最大区分,这点对于对碱敏感药物特殊有利。敏感药物特殊有利。3乳化及其稳定作用乳化及其稳定作用 卡波沫在乳剂系统中具有乳化和稳定卡波沫在乳剂系统中具有乳化和稳定双重作用。一方面由于其分子中存在亲双重作用。一方面由于其分子中存在亲水与疏水部分,因而具有乳化作用,常水与疏水部分,因而具有乳化作用,常用作乳化剂的型号为用作乳化剂的型号为Carbomerl342;另;另一方面它可在较大范围内调整两相粘度,一方面它可在较大范围内调整两相粘度,大部分型号均可接受,这是卡波沫运用大部分型号均可接受,这是卡波沫运用
15、于乳剂系统的最大优点。于乳剂系统的最大优点。4稳定性稳定性 固态卡波沫较稳定,固态卡波沫较稳定,104加热加热2h不影响其不影响其性能,性能,260加热加热30min完全分解。卡波沫宜中完全分解。卡波沫宜中和后运用,中和后的聚合物凝胶在正常状况下和后运用,中和后的聚合物凝胶在正常状况下不水解或氧化,反复冻熔也不致破坏,在不水解或氧化,反复冻熔也不致破坏,在pH511范围内可高压蒸汽灭菌或范围内可高压蒸汽灭菌或射线照射,射线照射,不分解,粘度不变,不分解,粘度不变,pH过高或过低均使卡波沫过高或过低均使卡波沫损失粘性,长时间贮放后,粘性略有增加,与损失粘性,长时间贮放后,粘性略有增加,与聚丙烯酸
16、相像,过量盐类电解质可影响分子间聚丙烯酸相像,过量盐类电解质可影响分子间的静电斥力,使卡波沫凝胶崩散,溶液或凝胶的静电斥力,使卡波沫凝胶崩散,溶液或凝胶的粘性随之下降;碱土金属离子以及阳离子聚的粘性随之下降;碱土金属离子以及阳离子聚合物等均可与之结合生成不溶性盐。合物等均可与之结合生成不溶性盐。(三三)应用应用 1粘合剂与包衣材料粘合剂与包衣材料 用作颗粒剂和片剂的粘合剂,常用量为用作颗粒剂和片剂的粘合剂,常用量为0.2-10.0;用作包衣材料具有衣层坚实、细腻;用作包衣材料具有衣层坚实、细腻和滑润感好的特点。和滑润感好的特点。2局部外用制剂基质局部外用制剂基质 用作软膏、洗剂、乳膏剂、栓剂或
17、亲水性凝用作软膏、洗剂、乳膏剂、栓剂或亲水性凝胶剂的基质胶剂的基质(常用量常用量0.5-3),具有优良的流,具有优良的流变学性质与增湿、润滑实力,搽于皮肤表面具变学性质与增湿、润滑实力,搽于皮肤表面具有特殊的细腻滑爽感,在皮肤铺铺展性良好。有特殊的细腻滑爽感,在皮肤铺铺展性良好。3乳化剂、增稠剂和助悬剂乳化剂、增稠剂和助悬剂 卡波沫具有交联的网状结构,特殊适合用作卡波沫具有交联的网状结构,特殊适合用作助悬剂助悬剂。4缓释控释材料 卡波沫的缓释、控释作用在于其溶胀与形成凝胶的性质。pH可影响卡波沫骨架的松弛与膨胀,其释药性能往往与pH有关;制剂外表面水化形成与一般凝胶有所区分的凝胶层,卡波沫完全
18、水化时,其内部的渗透压使结构裂开降低了凝胶密度,但仍能保持完整性,药物通过凝胶层以匀整的速率向外扩散,使释药呈零级或近于零级动力学过程。少量时,卡波沫还具有一般阻滞剂的功能。缺点:不稳定 本品可与碱性药物生成盐并形成可溶性凝胶本品可与碱性药物生成盐并形成可溶性凝胶发挥缓释、控释作用,特殊适合于制备缓释液发挥缓释、控释作用,特殊适合于制备缓释液体制剂,如滴眼剂、滴鼻剂等,同时还可发挥体制剂,如滴眼剂、滴鼻剂等,同时还可发挥掩味作用。掩味作用。可作为粘膜粘附片剂以达到缓释效果,与水可作为粘膜粘附片剂以达到缓释效果,与水溶性纤维素衍生物配伍运用效果好。溶性纤维素衍生物配伍运用效果好。平安性:残存溶剂
19、、干粉对粘膜、呼吸道的平安性:残存溶剂、干粉对粘膜、呼吸道的刺激性。刺激性。(一一)化学结构和制备化学结构和制备 1化学结构化学结构丙烯酸树脂是指甲基丙烯酸共聚物和甲基丙烯酸树脂是指甲基丙烯酸共聚物和甲基丙烯酸酯共聚物等在药剂领域中常用的薄膜丙烯酸酯共聚物等在药剂领域中常用的薄膜包衣材料。这类材料事实上是甲基丙烯酸酯、包衣材料。这类材料事实上是甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸等单体按不同比例共丙烯酸酯、甲基丙烯酸等单体按不同比例共聚而成的一大类聚合物。聚而成的一大类聚合物。四、丙烯酸树脂四、丙烯酸树脂2制备制备反应机理:自由基聚合反应机理:自由基聚合单体:丙烯酸类及丙烯酸酯类单体:丙烯酸类及
20、丙烯酸酯类引发条件:光、热、辐射、引发剂引发条件:光、热、辐射、引发剂聚合方法:乳液聚合、溶液聚合和本体聚合聚合方法:乳液聚合、溶液聚合和本体聚合聚合特点?聚合特点?(1)乳液聚合乳液聚合丙烯酸树脂胶乳液均可接受乳液聚合制丙烯酸树脂胶乳液均可接受乳液聚合制备。例如,胃崩型丙烯酸树脂胶乳液的生备。例如,胃崩型丙烯酸树脂胶乳液的生产过程是将部分蒸馏水加入反应锅内,在产过程是将部分蒸馏水加入反应锅内,在搅拌下加入定量的搅拌下加入定量的 1.4十二烷基磺酸钠十二烷基磺酸钠溶液和确定比例的共聚单体,加热至溶液和确定比例的共聚单体,加热至60,投入计算量,投入计算量 0.36过硫酸钾溶液,接着过硫酸钾溶液
21、,接着加热直至出现聚合热,刚好冷却并维持温加热直至出现聚合热,刚好冷却并维持温度在度在9095反应反应60min,冷至室温,调,冷至室温,调整水量成规定浓度整水量成规定浓度(通常固含量为通常固含量为30)即即得。得。乳胶液也可接受其他物理方法乳胶液也可接受其他物理方法(如溶如溶剂转换法等剂转换法等)制备。制备。(2)溶液聚合溶液聚合 肠溶型肠溶型、号树脂和胃溶型号树脂和胃溶型号树脂系用号树脂系用本法制备。一般过程是将共聚单体及引发剂溶本法制备。一般过程是将共聚单体及引发剂溶解在适宜有机溶剂中,通常选择低毒性的乙醇解在适宜有机溶剂中,通常选择低毒性的乙醇或乙醇或乙醇水溶液,在水溶液,在60-70
22、反应即有聚合物生反应即有聚合物生成。在低浓度醇液中,树脂不断沉淀析出;或成。在低浓度醇液中,树脂不断沉淀析出;或者在高浓度醇液中,俟反应终止后向反应体系者在高浓度醇液中,俟反应终止后向反应体系加入足量水稀释使树脂析出。经过滤分别,用加入足量水稀释使树脂析出。经过滤分别,用水充分浸泡,洗去残余单体和引发剂,烘干粉水充分浸泡,洗去残余单体和引发剂,烘干粉碎即得。该法生产的树脂系白色或浅黄色条状碎即得。该法生产的树脂系白色或浅黄色条状或颗粒状固体,具有很好的贮存稳定性,适合或颗粒状固体,具有很好的贮存稳定性,适合用有机溶剂溶解成不同浓度运用。用有机溶剂溶解成不同浓度运用。(3)本体聚合本体聚合 德闷
23、德闷Rohm药厂的渗透型树脂药厂的渗透型树脂Eudragit RLl00和和RS 100系用这种方法制备。系用这种方法制备。一般一般过程是将共聚单体与过氧化物匀整混合,过程是将共聚单体与过氧化物匀整混合,在低温条件下引发聚合。反应中必需快速在低温条件下引发聚合。反应中必需快速消退聚合热,否则易导致丙烯酸酯单体的消退聚合热,否则易导致丙烯酸酯单体的支化聚合和交联。反应得到的共聚物经热支化聚合和交联。反应得到的共聚物经热熔后挤压并冷却成约熔后挤压并冷却成约4mmx 2mm大小白色大小白色或半透亮颗粒,残余单体和发剂可在热熔或半透亮颗粒,残余单体和发剂可在热熔过过程中除去。过过程中除去。(二二)性质
24、性质 1玻璃化转变温度玻璃化转变温度(Tg)Tg受其结构影响:分别为受其结构影响:分别为160以上,以上,-8,55。丙烯酸酯提高柔性。丙烯酸酯提高柔性。甲基的位阻,使刚性提高。甲基的位阻,使刚性提高。2最低成膜温度最低成膜温度最低成膜温度最低成膜温度(MFT)指树脂胶乳液在梯指树脂胶乳液在梯度加热干燥条件下形成连续性匀整而无度加热干燥条件下形成连续性匀整而无裂纹薄膜的最低温度限。在裂纹薄膜的最低温度限。在MFT以下,以下,聚合物粒子不能发生熔合变形成膜。聚合物粒子不能发生熔合变形成膜。在含有丙烯酸酯的树脂中,丙烯酸酯比在含有丙烯酸酯的树脂中,丙烯酸酯比例越高,例越高,MFF越低。越低。3机械
25、性质机械性质丙烯酸树脂能够在药片上形成薄膜衣主要丙烯酸树脂能够在药片上形成薄膜衣主要依靠于分子中酯基与药片表面分子带电负性依靠于分子中酯基与药片表面分子带电负性原子形成氢键、分子链对药片隙缝的渗透以原子形成氢键、分子链对药片隙缝的渗透以及包衣液中其他成分的吸附。大分子中酯基及包衣液中其他成分的吸附。大分子中酯基碳链越长,分子聚合度越大,薄膜衣对药片碳链越长,分子聚合度越大,薄膜衣对药片的粘附性就越强,薄膜具有更大的拉伸强度的粘附性就越强,薄膜具有更大的拉伸强度和断裂伸长。和断裂伸长。4溶解性溶解性 5渗透性渗透性 虽然含季铵基团的渗透型树脂在水中虽然含季铵基团的渗透型树脂在水中不溶,但季铵盐具
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