藥用級卡波姆樹脂的合成研究

俞 清

(南京威爾藥業股份有限公司，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而成的高分子聚合物。卡波姆的研究始于上世紀五十年代，最早由美國Goodrich 公司開發并生產,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，考察交聯劑用量、反應溫度、反應時間、引發劑用量、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，適量引發劑和交聯劑。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)，引發劑為0.2 g，反應溫度為60 ℃，反應時間12 h，考察改變交聯劑投料量(w交聯劑/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劑的增加先增加，當交聯劑在1%時，水凝膠粘度最大，然后水凝膠粘度隨著交聯劑增加而變小。從圖1中還可以看出，水凝膠透明度隨著交聯劑的增加呈下降趨勢。這主要是因為隨著交聯劑的增加，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，當交聯劑使用量大于1%時，樹脂就會形成更加緊密收縮的交聯網格[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)，引發劑為0.2 g，交聯劑為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，導致聚合分子量減小；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)，引發劑為0.2 g，交聯劑為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，考察改變引發劑投料量對卡波姆樹脂水凝膠和透明度的影響。

表2 引發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劑用量的增加幾乎無變化，但是溶劑酸值隨著引發劑用量的增加而減小，主要因為隨著引發劑分解的自由基增加，丙烯酸單體反應越充分，通過引發劑用量對粘度和溶劑酸值的影響，引發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，交聯劑為0.8 g，引發劑為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。

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

本文研究了在交聯劑使用量、聚合反應溫度、反應時間、引發劑用量、溶劑配比發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.

[4] Hsu, Chin Chien. Polycarboxylic acids with higher thickening capacity and better clarity [P]. EP 0328725A2,1995.

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

[6] 彭文勇，沈德淵，賈建國，高正松.自分散耐鹽性丙烯酸高吸水性樹脂的制備方法[P].中國專利:CN101481435A.

[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.