羟乙基纤维素的合成及应用

羟乙基纤维素的合成及应用

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羟乙基纤维素的合成及应用

羟乙基纤维素（HEＣ）是一种非离子型的水溶性纤维素醚。外观为白色至淡黄色的无毒、无味纤维状或粉末状固体。被广泛应用于石油开采、日用化工、建筑、涂料、高分子聚合等领域，近年来在医药方面的应用也越来越得到重视。

1 生产工艺

１.1 气相法和液相法

气相法和液相法这2种生产工艺都需预先制备碱纤维素，将纤维素于20℃左右浸渍于1８%(质量）左右的NaＯH中脱脂、醚化反应后经过中和、洗涤、干燥、粉碎,获得最终产品。

合成ＨEC的主要反应方程式如下:

a．碱活化反应

［Ｃ

6H

7

O

2

（OＨ)

3

]

n

+ ｎNaOH [C

6

H

７

O2(OＨ)

2

ONa]

n

＋ｎＨ

2

O

该反应先在纤维素分子中葡萄糖单元的伯羟基然后在仲羟基上发生碱化,使纤维素分子间的氢键力减弱或被破坏,碱化后的纤维素溶解于高浓度的碱液中。

b.醚化反应

在上述碱纤维素溶液中加入环氧乙烷，随即发生醚化反应：

O

C ６H

7

O

2

（OH）

2

OＨ·ＮaＯH ＋ CH

2

CＨ

２

C

6

H

7

(OH)

2

OCH

２

ＣＨ

2

OＨ

醚化的产物可以和环氧乙烷进一步反应,或使侧链增长，或使侧链数目增加。

（1）气相法

气相法又分为直接气固法和真空气固法。

①直接气固法制HEC的生产过程：棉纤维脱脂、挤干，与环氧乙烷在4４～４6℃下直接反应１～2小时制取。该法过程简单,但产品粘度太低。

②真空充氮气固法制取HＥC的生产过程：把反应器抽成真空,充氮两次,加入环氧乙烷，在真空度9.064×10４Pa、27-32℃下反应3~３.5小时得到产品ＨEC。此法虽然生产过程简单,但环氧乙烷消耗量大,反应时间较长，最终产品成本高。工艺框图见图1。

NaOH N

２EO

棉纤维素浸渍压榨粉碎醚化

图1 真空充氮气固法生产ＨＥＣ工艺流程图 （２)液相法

碱化与活化:将棉絮剪碎后,用２%的NaO Ｈ蒸煮60mi ｎ，再加80℃水洗涤3～4次，然后烘干；碱化后的棉絮用１８%ＮaOH 浸渍，活化温度2５－40℃，30ｍi ｎ后压榨出碱液;

醚化:将活化的羟乙基纤维素加入稀释剂中(常用的稀释剂有丙酮、异丙醇、叔丁醇或它们的混合物，产物在稀释剂中保持不溶），而后加入环氧乙烷。反应一定时间后，用乙酸中和反应物至PH 值6～7;然后加入乙醇进行洗涤3～4次脱盐；m(棉纤维):m(乙醇)=1:１0;最后挤出产品的液体,然后将产品在70℃干燥５~８h ，即得产品羟乙基纤维素。

其工艺框图见图2

E Ｏ

溶剂

溶剂 醋酸

图2 液相法生产HEC 工艺流程图

液相法生产HEC 的成本低，产品质量高,生产过程易于控制，目前大多数生产厂都采用此工艺。

1.2 超声波法

气相法原料环氧乙烷消耗大,成本高。目前已趋向淘汰；两步液相法相对于气相法原料单耗有所降低,但是碱化时耗碱过多,废碱液的处理排放仍然是一大难题。因此开发HE Ｃ生产的新工艺,简化工艺流程，降低环氧乙烷消耗量，缩短反应时间，提高产品质量,具有重要的现实意义。

而近几年来,超声波作为一种新的能量形式用于有机化学反应，不仅使很多以往不能进行或难以进行的反应得以顺利进行,而且它作为一种方便、迅速、有效、安全的合成技术大大优越于传统的搅拌、外加热方法。实验结果表明,在羟乙基纤维素的合成过程中使用超声波,反应时间缩短了近1/2，所得产品完全能达到美国实验与材料协会的HRC 分析方法,即ＡSTM Ｄ2364-8９所规定的指标要求。而且反应条件简单，易于工业化生产。

实验结果表明:

（1)超声波用于羟乙基纤维素的合成的最适宜工艺条件为:超声波辐射时间在４０～50m ｉn,辐射强度30KHz,原料配比m （C ｅll)：ｍ(ＥO)为1:1.2，醚化温度50±５℃。在此工艺条件下，醚化率可达8１%;

（２)将超声波用于羟乙基纤维素的合成，反应时间仅为4５m ｉn ，而传统的液相法为90～120mi ｎ，反应时间缩短了一半,反应温度降低了3０～40℃，而

醇洗

离心分离 干燥 粉碎 成品 棉纤维

碱化 压榨 醚化 洗涤 中和

洗涤 干燥 粉碎 成品

醚化率提高20%。且工艺简单，易于工业化生产。

2 应用

2.1 医药方面潜力可挖

羟乙基纤维素（HEC)在国内的规模化生产是一个“迟到”的项目。HEC是一种高弹性的非离子聚合物，对氧气传输有较好的屏障阻隔作用，它能够与许多原辅料配伍。在国外,ＨＥC在制剂中的应用已非常广泛，但是国内生产的HEC系列产品主要被用于化妆品等的工业生产,还没有药用级别的HEC辅料在药剂中的应用。随着制剂技术的发展,药用级别的ＨEC辅料的潜力应该被很好地挖掘出来。

（1）眼部给药系统的赋形剂

眼部给药系统（ＯDS)有溶液或混悬液滴眼剂、眼膏剂、眼膜剂3个主要剂型。它们存在药物易损失，生物利用度低等问题。设计理想的眼部给药制剂是一项颇具挑战性的工作。用可附着于眼组织的生物黏合性聚合物传送药物是一个有发展前景的新技术。此类材料以凝胶形式被置于眼内，可使药物的滞留时间延长到2４小时以上。可选择的材料有聚乙烯醇（PVＡ）、纤维素类衍生物、葡聚糖类衍生物等。利用脱乙酰壳多糖/HEC制备的水凝胶型毛果芸香碱ODS，其释药遵循一级动力学。温度和ＨEC浓度对凝胶化速率和水凝胶弹性强度的影响研究，以及毛果芸香碱的体外释放研究的结果表明:ＨEC是形成凝胶网络的主要成分,水凝胶的强度正比于系统所用的HEC量;作为药物赋形剂，ＨＥC在眼部药物控释中起到了突出的作用。

（2）药物缓释性能

在口服缓控释给药系统的开发中,由于成本较低、安全和容易制造等因素,各种纤维素类衍生物被广泛用于此类制剂的制备，其中纤维素醚类是最常用的水溶性、可膨化的聚合物。对一系列不同纤维素醚,包括羟丙基纤维素(HPＣ）,羟乙基纤维素(ＨEＣ)，羟丙基甲基纤维素(HＰＭC)和甲基纤维素(ＭC)的比较研究显示,材料的理化因素影响释药动力学。其中HＥC是亲水性最大和溶蚀性最大的聚合物。与其他纤维素类材料不同,载药的HEＣ基质骨架显示出药物扩散和骨架溶蚀的同步性，具有易获得零级释药的潜力,近期获得的研究结果表明,药物的溶解度和聚合物的分子量能极大地影响释药动力学,选择中等分子量级别的HＥＣ和较难溶性药物能得到比较线性的释药性能,片剂制造可采用传统的大规模生产工艺。

上海医工院的科研人员在茶苯海明控释剂型的研究中，分别以MＣ,HEC,聚羧乙烯934，EｕｄragitRLPM和EudｒagitＮE30D等不同类型的聚合物(含量2.5％～１0%),用直接压片和湿法制粒工艺制备了１1个不同配方的片剂,综合比较了各种片剂的指标和体外不同模拟介质的溶出速率,结果表明，含5%的聚羧乙烯９３4，5%的HEＣ和2．5％的ＥuｄraｇｉtNE3０D分别是最合适的配方。

江南大学化学与材料工程学院的张彩华、刘晓亚等和江南大学食品学院的顾正彪以降解的羟乙基纤维素为基础原料，将其与丙烯酸接枝共聚制备羟乙基纤维素接枝聚丙烯酸（HＥC-g－PAA)，并以布洛芬为模型药物，在水溶液中自组装，形成稳定的具有一定核壳结构的高分子胶束——载药纳米颗粒,并且与人体体温相同,但ＰH不同的缓冲溶液中进行药物释放的初步研究。结果表明，该接枝共聚物可以负载活性物质,避免胃酸对活性物质的破坏,从而在小肠部位实现靶向