药用级卡波姆树脂的合成研究

俞 清

(南京威尔药业股份有限公司，江苏 南京 210047)

卡波姆(carbomer ) 又名卡波普(carbopol )，是一种由丙烯酸与烯丙基蔗糖醚或烯丙基季戊四醇醚交联而成的高分子聚合物。卡波姆的研究始于上世纪五十年代，最早由美国Goodrich 公司开发并生产,到七、八十年代，对卡波姆的研究趋于成熟，并获得广泛的应用，主要用于化妆品和药品的研究生产中[1]。在制药生产中，主要用作增稠剂、助悬剂、黏合剂，控缓释制剂的骨架材料，卡波姆作为一种新型药用辅料可应用于液体制剂、半固体制剂和固体制剂中。由于在制药中卡波姆应用日趋广泛，因此近年来国内学者对卡波姆的合成技术进行了初步探索，但产品性能与国外产品仍有一定差距。所以本文主要对药用辅料级卡波姆的合成工艺进行研究，考察交联剂用量、反应温度、反应时间、引发剂用量、溶剂配比对卡波姆粘度、透明度等性能的影响。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

1.1.1试剂

丙烯酸 聚合级；正己烷 AR；乙酸乙酯 AR；催化剂A 自制；烯丙基蔗糖醚 自制；偶氮二异庚腈(ABVN) AR；氢氧化钠 AR。

1.1.2仪器

不锈钢高压釜(5L)； 博力菲RVT型旋转粘度计；电子天平(精确至0.01克)；氮气保护装置；真空干燥装置；国产72型紫外分光光度计。

1.2 卡波姆树脂合成

1.2.1烯丙基蔗糖醚交联剂合成[2]

将一定量的蔗糖﹑碱水溶液与氯丙烯一起加入高压釜(5L)，然后加入自制催化剂A，升温至80 ℃，保温反应4 h，然后经过水洗，脱除低沸点杂质，得到烯丙基蔗糖醚。

1.2.2卡波姆树脂合成

将一定比例的正己烷和乙酸乙酯溶剂加人高压反应釜，然后分别加人丙烯酸，适量引发剂和交联剂。用氮气置换2-3次，开动搅拌器，升温并控制温度，保温12 h，检测溶剂酸值进行控制，待反应结束后，将沉淀物料降至室温，经过离心、真空干燥，所得卡波姆树脂产品为白色、细腻、轻质的粉末[3～6]。在25 ℃下配置0.5%的卡波姆水凝胶用氢氧化钠中和(pH7.3～7.8)在25℃下测出粘度，并测定透明度。

1.3 性能参数测试及计算

1.3.1增稠能力

在室温条件下，配制成0.5%的水凝胶，用R VT型旋转粘度计测出粘度。

1.3.2透明度测试

在室温条件下，配制成0.5%的水凝胶，用国产72型紫外分光光度计，在420 nm测定透过率，透过率大小代表透明度。

2 结果与讨论

2.1 交联剂用量对卡波姆树脂性能的影响

根据丙烯酸投料量为80 g，混合溶剂为520 g(正己烷∶乙酸乙酯为3∶1)，引发剂为0.2 g，反应温度为60 ℃，反应时间12 h，考察改变交联剂投料量(w交联剂/w丙烯酸)对卡波姆树脂的凝胶粘度和透明度的影响。

图1 空联剂用量对卡波姆性能的影响Fig 1 Cross-linking agent dosage on the impact of carbomer

从图1可以得出，卡波姆树脂在0.5%的水凝胶粘度随着交联剂的增加先增加，当交联剂在1%时，水凝胶粘度最大，然后水凝胶粘度随着交联剂增加而变小。从图1中还可以看出，水凝胶透明度随着交联剂的增加呈下降趋势。这主要是因为随着交联剂的增加，聚合丙烯酸由开始的线性分子向空间网格结构过渡，从而使得粘度在增加，透明度在降低，当交联剂使用量大于1%时，树脂就会形成更加紧密收缩的交联网格[7], 使得卡波姆吸水性能较差，导致表观水凝胶粘度变小，同时紧密的网络结构也使得透明度明显下降，因此综合产品性能的变化，选择交联剂使用量为1%较为适宜。

2.2 聚合温度对卡波姆性能的影响

根据丙烯酸投料量为80 g，混合溶剂为520 g(正己烷∶乙酸乙酯为3∶1)，引发剂为0.2 g，交联剂为0.8 g，反应时间12 h，考察改变反应温度对卡波姆树脂的凝胶粘度和透明度的影响。

图2 聚合温度对卡波姆耐盐性能的影响Fig 1 Polymerization reaction temperature on the impact of carbomer

在图2中可以看出当反应温度升高时，卡波姆树脂0.5%水凝胶粘度减小，主要原因为在温度升高时，反应过程中产生的自由基增加，导致聚合分子量减小；从图2中得出在投料量一定后，温度对卡波姆树脂水凝胶透明度几乎无影响，因此反应温度控制在50～65 ℃。

2.3 聚合反应时间对卡波姆性能的影响

根据丙烯酸投料量为80 g，混合溶剂为520 g(正己烷∶乙酸乙酯为3∶1)，引发剂为0.2 g，交联剂为0.86 g，反应温度为60 ℃，在不同时间段取样检测溶剂酸值，并考察对卡波姆树脂的凝胶粘度和透明度的影响。

表1 聚合反应时间对丙烯酸残留的影响Table 1 Polymerization reaction time on the impact of Residual acrylic acid

在表1中可以看出随着反应时间的延长时，卡波姆树脂0.5%水凝胶粘度和透明度几乎未发送变化，主要原因为聚合过程中，随着丙烯酸单体聚合到达一定时间后，产品中分子结构和分子量已经确定，但是在中控过程中对溶剂的酸值进行检测，随着反应时间的延长，溶剂酸值越来越低，当反应时间大于10h后，溶剂酸值减小趋势平缓，因此聚合反应时间选择12 h。

2.4 引发剂用量对卡波姆耐盐性能的影响

根据丙烯酸投料量为80 g，混合溶剂为520 g(正己烷∶乙酸乙酯为3∶1)，交联剂为0.8 g，反应温度为60 ℃进行，反应时间12 h，考察改变引发剂投料量对卡波姆树脂水凝胶和透明度的影响。

表2 引发剂用量对卡波姆性能的影响Table 2 Initiator dosage on the impact of carbomer

根据表2数据可以看出卡波姆树脂水凝胶粘度随着引发剂用量的增加而减小，这主要是因为在聚合过程中随着引发剂用量的增加，产生的自由基增多，导致聚合分子量变小，从表2中还可以得出透明度随着引发剂用量的增加几乎无变化，但是溶剂酸值随着引发剂用量的增加而减小，主要因为随着引发剂分解的自由基增加，丙烯酸单体反应越充分，通过引发剂用量对粘度和溶剂酸值的影响，引发剂选择用量为丙烯酸单体的0.25%较适宜。

2.5 溶剂配比对卡波姆合成及成品指标的影响

根据丙烯酸投料量为80 g，混合溶剂为520 g，交联剂为0.8 g，引发剂为0.2 g，反应温度为60 ℃进行，反应时间12 h，考察改变溶剂配比对卡波姆树脂水凝胶和透明度的影响。

由表3可以看出产品凝胶时的透明度随着溶剂配比(正己烷/乙酸乙酯)的变大而减低，但是水凝胶粘度却增加，这是因为当正己烷在混合溶剂中比重增加时，则反应体系凝胶效应更加强烈即反应体系粘度变大，这时自由基活性末端可能被包埋，终止速率常数K显著下降，活性链寿命延长数十倍甚至延长数百倍，因此自动加速效应显著，分子量迅速增加，由于这一过程占有聚合过程的大部分时间，因此产品粘度随之增加。同时加速效应引起丙烯酸单体反应充分，溶剂酸值随之降低，因此通过粘度，透明度，溶剂酸值综合选取溶剂配比为3∶1较优。

表3 溶剂配比对卡波姆性能的影响Table 3 Solvent ratio on the impact of carbomer

3 结 论

本文研究了在交联剂使用量、聚合反应温度、反应时间、引发剂用量、溶剂配比发生变化时对药用级卡波姆产品性能的影响，通过对各因素的影响确定了合成药用级卡波姆树脂的影响最佳工艺：丙烯酸∶正己烷∶乙酸乙酯∶偶氮二异庚腈∶烯丙基蔗糖醚为1∶4.875∶1.625∶0.0025∶00.01。反应时间为12 h，反应温度50～65 ℃。

[1] 苏杰,张钧寿,吴葆金. 卡波姆- 新型药物辅料[J ]中国药学杂志, 2000 , 35 (9) :579.

[2] 严军表，余清，彭文勇 等. 蔗糖烯丙基醚的合成方法[P].中国专利: CN1944449.

[3] 童真,杨植文,马 静,刘新星.卡波姆的球磨改性方法[P].中国专利: 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，沈德渊，贾建国，高正松.自分散耐盐性丙烯酸高吸水性树脂的制备方法[P].中国专利:CN101481435A.

[7] 李敏，王力，蒋爱玲. 耐盐性高吸水性树脂的研究进展[J].广东化工，第3期第3卷 2006.