合成高分子辅料

当溶液中的氢氧化钠过量时，钠离 子与羧酸根阴离子的结合机会增多，解 离度减小，大分子趋向卷曲状态，溶解 度下降，溶液由澄明变得混浊。在溶液 中存在氢离子（例如加入盐酸）或一价 盐离子时，也发生相同现象。聚丙烯酸 钠对盐类电解质的耐受能力更差。 碱土金属盐可使聚合物的稀溶液生 成沉淀，使聚合物浓溶液形成凝胶，碱 土金属离子与羧酸根离子结合使聚合物 在水中不再溶解(有物理交联作用)。
本品分散于水中，要避免激烈搅拌， 特别是用碱中和时要用宽阔的搅拌浆， 防止空气混入形成气泡。 利用氢键结合也可实现卡波沫的溶 胀与凝胶化作用，其机理是引入一羧基 给予体，如具有5个或5个以上乙氧基非 离子表面活性剂与其形成氢键，使卡波 沫卷曲的分子张开而增稠。该过程费时， 有时需要数小时才能达到最大增粘效果， 加热（小于70℃）可加速体系氢键形成 速度。最终系统的pH呈酸性是该法与中 和法之间的最大区别，这点对于碱敏感 药物特别有利。
3.乳化及其稳定作用 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水与疏水部 分，因而具有乳化作用，常用作乳化剂的型号 为Carbomre1342；另一方面它可在较大范围 内调节粘度，大部分型号均可采用，这是卡波 沫运用于乳剂系统的最大优点。卡波沫部分用 水溶性无机碱中和、部分用油溶性（长链）有 机胺中和是发挥其稳定作用的关键。上述分步 中和的结果形成了两种具有不同溶解性能的盐 类，即可溶于水相的钠盐和可溶于油相的胺盐， 它们在乳剂系统的水相和油相之间发挥桥梁作 用，从而形成了化学及物理稳定性极佳的乳剂。
最近，聚丙烯酸在药物控制释放体 系中呈现出较大的应用价值，它与聚乙 烯醇和聚乙二醇形成的可逆络合物、与 壳聚糖离子型复合凝胶能够较好地控制 多肽及蛋白质药物的释放，并呈现出环 境敏感性(pH敏感水凝胶)。 此外，PAA与其他水溶性聚合物如 聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇等共混制 备巴布膏剂的压敏胶，具有良好的生物 黏附性和良好的生物相容性。
虽然卡波沫酸性很弱，但很容易与无机碱 或有机碱反应生成树脂盐，表现为用碱中和时， 其在水、醇和甘油中逐渐溶解，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 具有一定的强度和弹性的半透明状凝胶。 卡波沫分子溶胀、溶解及粘度变化的原因 在于分子中存在大量羧基基团。粉末状的卡波 沫分子链卷曲很紧，而一旦分散于水，其分子 即和水分子链产生一定程度的伸展而溶胀，溶 液粘度很低；当用碱中和时，分子中的羧基解 离，长链进一步伸展，分子体积增长1000倍之 多，形成弥漫状结构，出现粘度很快增加的现 象。
第五章 药用合成高分子辅料
邱国福
药用合成高分子材料大多有明确的 化学结构和分子量，来源稳定，性能优 良，可供选择的品种及规格较多。但与 天然药用高分子材料相比较，必须严格 地控制材料中混杂的未反应单体、残余 引发剂或催化剂和小分子副产物等，以 避免可能由此产生的生物不相容性问题 和与药物的不良相互作用。
聚丙烯酸和聚丙烯酸钠对人体无毒， 即使摄入也不消化吸收，聚丙烯酸钠小 鼠口服的LD50＞10g/kg，皮肤贴敷试验 亦未见刺激性。实际生产中应控制残留 在1%以下，低聚物量在5%以下，且无 游离碱存在。
二、交联聚丙烯酸钠 （一）化学结构和制备 交联聚丙烯酸钠（cross-linked sodium polyacrylate）是以丙烯酸钠为单体，在水溶性 氧化-还原引发体系和交联剂存在下经沉淀聚合 形成的水不溶性聚合物。 常用的聚合引发剂为过硫酸盐，交联剂为 二乙烯基类化合物。聚合产物是呈胶冻或透明 的弹性体。用甲醇萃取出未反应单体和低聚物， 干燥后粉碎得到白色或微黄色的颗粒粉末。目 前国内生产的药用交联聚丙烯酸钠有SDL— 400等品种。
第一节 丙烯酸类均聚物和共聚物 一、聚丙烯酸和聚丙烯酸物 （一）化学结构和制备 聚丙烯酸（polyacrylic acid,PAA） 是由丙烯酸单体加成聚合生成的高分子， 用氢氧化钠中和后即得到聚丙烯酸钠 (sodium polyacylate, PAA-Na)，二者都 是水溶性的聚电解质。它们的结构如下：
当树脂外部溶液中含有盐离子时， 渗透压差减小，同时也抑制大分子羧酸基 团解离，树脂吸水量和吸水速度均减弱。 相同规格的SDL—400树脂对生理盐水和 人工尿液的最大吸收量在120s内分别仅为 其自重的100倍和80倍。 树脂网络结构的孔径、交联度和交 联链的链长、树脂的粒度等均影响其吸水 能力。 树脂吸水后具有很高的凝胶强度和 弹性，即使施加一定压力，水分也不被挤 出，但长时间的受热会使树脂吸水率下降。
（二）性质 交联聚丙烯酸钠是一种高吸水性树脂材料。 在水中不溶，但能迅速吸收自重数百倍的水分 而溶胀。例如，表观密度0.6~0.8g/cm3、粒径 38~200µm的SDL—400在90s内吸水量为自重 的300~800倍。 交联聚丙烯酸钠的吸水机理与其聚电解质 性质有关，而非一般的毛细管现象。在交联的 网络结构内，羧酸基团仍可吸引与之配对的可 流动离子和水分子，产生很高的渗透压，结构 内外的渗透压差和聚电解质对水的亲和力，促 使大量水迅速进入树脂内。
（二）性质 1.性状 卡波沫是一种白色、疏松、酸性、引湿性 强、微有特异臭的粉末，通常含水量高可达 2%，平均粒径为2~7µm。 2.溶解、溶胀及其凝胶特性 本品与聚丙烯酸有非常相似的物理性质和 化学性质，同时，在结构中微弱的交联链又使 之与交联聚丙烯酸钠具有相似的吸水现象。卡 波特分子中存在大量的羧酸基团，具有一定的 亲水性，可分散于水，1%水分散液的pH为 2.5～3.0，卡波沫在水中迅速溶胀，但不能溶 解，表现出很低的粘性。
同时，药用合成高分子材料的生产 条件较苛刻、制备过程较复杂以及价格 偏高，要求达到GMP标准的专业生产辅 料的公司或车间，才有资格生产药物制 剂使用的合成高分子材料。
随着控释、缓释和靶向给药系统等 新型药物制剂的研究和生产的不断扩大， 合成药用高分子材料的应用已有长足的 发展。其中有些已是制剂技术创新的基 本材料。本章系统地介绍已被各国药典 收载的药用合成高分子材料的生产、性 质及其在药剂学中的应用。 常见药用合成高分子材料有聚烯 （聚乙烯类、聚丙烯酸类）、聚醚（聚 环氧醚类）、聚酯（聚乳酸类、聚己内 酯类）和硅橡胶等四类，
在150 ℃以上干燥PAA可导致分 子内脱水,形成含六元环结构的聚丙烯 酸酐,同时在分子间缓慢形成交联异丁 酐类聚合物。当温度提高到300 ℃左右， 上述聚合物结构进一步缩合成环酮，逸 出CO2，并逐渐分解。而聚丙烯酸钠则 有较好的耐热性。
（三）应用 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 品中用作基质、增稠剂、分散剂、增粘 剂。在许多面粉发酵食品中用作保鲜剂， 粘合剂等。 常用聚丙烯酸的钠盐或有机胺盐， 分子量在2.0×104~6.6× 104范围内，常 用量视用途不同约在0.5%~3%。作为食 品添加剂用量不超过0.2%。使用时应注 意聚合物粉末要均匀分散。
聚丙烯酸及其钠盐的水溶液呈现假 塑性流体性质。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，该种流变性质越明显，并表现 出较强的触变性。此时，大分子还可以 对溶液中共存的固体粒子产生强烈吸附 作用形成稳定的三维网状结构，具备类 似凝胶的性质。
3. 化学反应性 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。多价金属的碱中和聚丙稀 酸生成不溶性盐。 在较高温度下，聚丙烯酸可以与乙 二醇、甘油、环氧烷烃等发生反应生成 酯，并形成交联型水不溶性聚合物。有 报道，聚丙烯酸能与一些含醚氧原子的 水溶性高分子结合生成不溶性络合物， 表明两者之间存在着相容性问题。
三、卡波沫 （一）化学结构和制备 卡波沫（Carbomer）是中国药典（2000 年版）二部新增的产品，也是德、日、美、英 等国家药典收载的药用高分子辅料之一，包括 多种类型和品种，NF18版收载有Carbomer 940， Carbomer934, Carbomer934P， Carbomer910，Carbomer941 Carbomer974P 和Carbomer1342等，其中卡波特900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，在苯液、醋酸乙酯或醋酸乙酯与环已烷混 合液中交联而成
（三）应用 本品主要用作外作软膏或乳膏的水 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、皮肤 浸润、胶凝等作用。在软膏中用量为 1%~4%（水溶液或乳液量），在巴布剂 中常用量为6%左右。此外，交联聚丙烯 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料的主要填 充剂或添加剂。
CH2 CH n COOH CH2 CH n COONa
丙烯酸单体易溶于水，在光、热或引发剂 等条件下可迅速聚合并放出大量的热。聚丙烯 酸的聚合反应一般在50~100℃的水溶液中进行， 以过硫酸钾、过硫酸铵或过氧化氢为引发剂。 温度控制在50℃并控制单体加入速度，可以合 成分子量高达百万的聚丙烯酸。 反应中加入异丙醇、次磷酸钠或巯基琥珀 酸钠等链转移剂能调节聚合物的链长。升高反 应温度以及提高引发剂的浓度均使聚合物分子 量减小。在100℃和高浓度引发剂的水溶液中， 生成的聚丙烯酸分子量仅在1万左右。
其中丙烯酸羧酸基团含量约为56%~68%， 交联剂（烯丙基蔗糖）含量仅0.75%~2%，故 产品交联度并不同。卡波沫1300系列系将聚合 物骨干用甲基丙烯酸脂肪醇酯进行疏水性改进 而成。聚卡波菲（Polycarbophil）钙盐是丙烯 酸与丁二烯乙二醇相交联的丙烯酸聚合物。卡 波沫钠盐产品是由卡波沫900系列聚合物部分 中和制成的。 美国Goodrich化学公司最早产生卡波沫， 其商品名为卡波普（Carbopol），国内已有药 用级和化妆品级的类似品种，按粘度大小分为 3级，其分子量为4×106、3×106、1×106， 分别与上述卡波沫规格相对应。
在水中聚合得到的聚丙烯酸水溶液 经蒸干水分后即得固态块状聚丙烯酸。 如果改用苯为溶剂，用过氧化苯甲酰 （BPO）引发丙烯酸聚合，所得的聚丙 烯酸从苯中析出，过滤和干燥后即得聚 丙烯酸固体粉末。 聚丙烯酸钠常用氧化钠中和聚丙烯 酸水溶液制取，也可以用丙烯酸钠直接 在水中聚合制取，但酸碱中各反应时产 生的大量热量，很容易同时导致聚合； 而且中和程度与聚合物的分子量有密切 关系。