（化工过程机械专业论文）生物体表面用丙烯酸酯乳液压敏胶的研究.pdf

摘要 生物体用压敏胶具有初粘力好、粘结力强和对人体皮肤无过敏等优点，是医 疗卫生和化妆护理领域用胶的重要方向之一。本文以丙烯酸酯类单体为主要聚合 单体，接枝聚乙二醇( p e g ) ，制备出乳液压敏胶，其外观呈乳白半透明状且泛蓝 光，无异味，具有良好的粘度、力学性能，良好的透气性、吸湿性、药物相容性 和自成膜性能，适合应用于生物体表面。 本文系统研究了丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法、最佳配方及性能。通过探 索性实验确定了单体预乳化核壳乳液聚合工艺，赋予压敏胶以自成膜的性能；以 丙烯酸丁酯( b a ) 、甲基丙烯酸丁酯( b m a ) 和丙烯酸( a a ) 为主要组分，在8 2 、搅 拌速度为2 0 0 r p m 下反应1 5 2 h ，保温1 h ；以3 为梯度阶梯式升温使聚合反应 转化率均在9 5 以上；在反应后期加入聚乙二醇( p e g 2 0 0 0 ) ，冷却，出料，制备 出性能优良、成本低廉的压敏胶。通过正交实验考察了影响压敏胶性能的因素， 并通过条件实验选择出最佳配方和制备条件，即在引发剂用量为o 8 1 l ，反应 温度大于8 2 时转化率最高为9 8 ；核单体b a b m a 配比为1 l 9 ，壳单体 b 舳m a ，aa 配比为3 4 1 5 5 ，乳化剂用量为4 0 5 5 ，引发剂用量为0 8 l 1 ， a a 用量为6 4 6 8 ，p e g 2 0 0 0 用量为2 0 2 4 ，反应温度为8 2 ，相比为9 0 7 0 时制备出的压敏胶性能最佳。此时压敏胶粘度为1 0 0 1 3 0 m p a s ；初粘力为 1 3 1 6 群，持粘力大于2 4 h ，剥离强度为2 3 8 3 3 9 0 2 n 2 0 m m ，拉伸强度为0 8 8 9 1 2 m p a ；成膜时透明性良好、水蒸汽透过率为5 2 4 0 1 9 4 7 5 2 9 m 2 2 4 h ，吸水率 为6 2 7 7 5 7 。 通过f t i r 分析发现在压敏胶的水相中有少量游离的p e g 分子，但无残余丙 烯酸酯类单体，因此制备出的压敏胶无异味。综合d s c 和t e m 分析发现压敏胶 乳胶粒存在核壳结构，且有4 0 和1 0 两个玻璃化转变温度，其粒径为8 0 1 2 0 n m ，粒径分布较宽。 此外，该压敏胶良好的拉伸强度和成膜性能使其可以不依靠基材而直接使 用，具有良好的药物相容性，且加工成本比同类产品低。 关键词：生物体用丙烯酸酯压敏胶；核壳乳液聚合：聚乙二醇；自成膜 a b s t r a c t p r e s s u r es e n s i t i v ea d h e s i v e ( p s a ) f o rb i o l o g i c a ls u r f a c ei so fg o o dt a c i ( ，s t r o n g b o n d ，a n dn oa l l e 唱yo nh u m a ns k i n ，w h i c hi so n eo ft h ei m p o r t a n td e v e l o p m e n t d i r e c t i o n si nt h ef i e l do fh e a i t h ，c o s m e t i ca n dp e r s o n a lc a r ea d h e s i o n i nt h i sp a p e ra a c 巧l a t ee m u l s i o np s a w a sp r e p a r e dw i t ha c 巧l i ca st h em a i nm o n o m e r a n dg r a r i n g p o l y e t h y l e n eg l y c o l ( p e g ) m o l e c u l eo nt h em a i nc h a i no fa c i y l i cp o l y m e r a n dt h e p s aa p p e a r a n c ei sam i l k yw h i t e ，t r a n s l u c e n ta n db l u el i g h ts t a t e ，a n di ti so fn os m e l l ， g o o dv i s c o s i 吼9 0 0 dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，v a p o rp e r n l e a b i l i 吼m o i s t u r ea b s o r p t i o n ， d r u gc o m p a t i b i l i 够a n dg o o ds e l ff i l mf o 咖a t i o np e r f o r m a n c e s oi ti ss u i t a b l ef o rt h e b i o l o g i c a ls u m l c e t h ea c r y l i ce m u l s i o np s a ，sp r e p a r a t i o nm e t h o d ，o p t i m a la g e n ti n 鲈e d i e n t sa n d p e r f o m l a n c ep r o p e r t i e s w e r es t u d i e d s y s t e m l y t h e c o r e - s h e ue m u l s i o n p o l y m e r i z a t i o no fm o n o m e rp r e - e m u l s i o nm e t h o dw a sc h o s e n 硒t h ep r e p a r a t i o n p r o c e s sf o rp s a w i t hg o o ds e l ff i l mf o n n a t i o n 7 r h ep s a sm a i nc o m p o n e n t sw e r e b u t ) ，la c 巧l a t e ( b a ) ，b u t ) ，lm e t h a c d ，l a t e ( b m a ) 粕da c 巧1 i c ( a a ) ，w 1 1 i c hr e a c t e df o r 1 5 2 hw i t ht h es t i r r i n gr a t eo f2 0 0 印ma t8 2 ，卸dt h e nw e r ek e p ti n s u l a t e df o r1h ； s t e p p e dr i s i n gt e m p e r a t u r ew i t ht h e3 g r a d i e n t ，w h i c hm a d et h ep 0 1 y m e r i z a t o n c o n v e r s i o nr a t em o r et h a n9 5 a tt h ee n do fr e a c t i o n ，t h es y n t h e t i cp o l y m e rw a s a d d e dw i t hp e g 2 0 0 0a n dc o o l e d ，t h e n 加e x c e l l e n tp e r f 0 n 1 豫n c ep s aw i t hl o w - c o s t w a sg o t s o m ef a c t o r sa 丘i e c t e dp s ap r o p e n i e sw e r ei n v e s t i g a t e da c c o r d i n gt 0 o r t h o g o n a le x p e r i m e n t sp l a n ，a n dt h eo p t i n l a la g e n ti n g r e d i e n t sa n dt h ep r o p e r p r e p a i j a t i o nc o n d i t i o n sw e r es e l e c t e db yt h eo p e r a t i o n a lc o n d i t i o ne x p e r i m e n t s t h e 佗a c t i o nc o n v e r s i o nr a t ew a st h et o pv a i u e9 8 f o rt h ei n i t i a t o rc o n t e n tw a so 81 1 卸dt h er e a c t i o nt e m p e r a t u r eo v e r8 2 t h eo p t i m a lp s ap r o p e r t i e sw a sg a i n e dw h e n t h ec o r em o n o m e r sr a t i ob a b m a 、a s1 l 9 ，t h es h e l lm o n o m e r sr a t i ob a b m a a a w a s3 4 l5 5 ，t h ee m u l s i f i e rc o n t e n t4 0 5 5 ，t h ei n i t i a t o r0 8 1 1 ，a a6 4 6 8 ， p e g - 2 0 0 02 0 2 4 ，t h em o n o m e r w a t e rr a t i o9 0 7 0 ，a n dt h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e8 2 a tt h i so p e r a t i o nc o n d i t i o np o i n t ，t h ep s al a t e xv i s c o s i t yi s10 0 一13 0 m p a 。s ，t h e t a c k13 l6 拌，h o l d i n gp o w e ro v e r2 4 h ，p e e ls 仃e n g t h2 3 8 3 3 9 0 2 n 2 0 m m ，a n dt e n s i l e s t r e n g t h0 8 8 9 1 2 m p a f u r t h e 咖o r e ，t h ep s af i l mw a so fg o o dt r 柚s p a r e n c y ，t h e v a p o rr a t ep e n n e a t i n ga c r o s st h ef i l mw a s5 2 4 ol 9 4 7 5 2 m 2 。2 4 h ，a n dt h em o i s t u r e a b s o r p t l o nc o n t e n tl np s af i l mw a s6 2 7 7 5 7 t h ef t i rr e s u l t ss h o wt h a t ，p e gm o l e c u l e sb u tn u l ia c u l i cm o n o m e r sw e r e d i s t r i b u t e di nt h ew a t e rp h a s eo fp s a 丘e e l y ，s ot h ep r e p a r e dp s ao d o rw a sn o t u n p i e a s a n t 7 r ed s ca n dt e mr e s u l t si n d i c a t e dt h ee x i s t e n c eo fc o r e s h e l ls t r u c t u r e i np s al a t e xa n dt w og l a s st r a n s i t i o nt e m p e r a t u r e sw h i c hw e r e 4 0 a n d 10 t h e d i a m e t e ro f p s ae m u l s i o np a r t i c l e s 、张sa b o u t8 0 1 2 0 n m i na d d i t i o n ，t h ep s ac o u k lb eu s e dd e r e c t l yw i t h o u ta n yb a c k i n gs i n c ei t ss u p e r t e n s “es n e n 舒ha n dg o o ds e l f - f il m - f o m a t i o n a n di t sp r o p e rd r u gc o m p a t i b i l i t ya n d i n e x p e n s i v ec o s tw e r ef o u n d k e yw o r d s ： p r e s s u r es e n s i t i v ea d h e s i v e 内r b i o l o g i c a ls u r f a c e ； c o r e s h e l le m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n ；p o l y e t h y l e n eg l y c o l ； s e l ff i l mf o r r n a t i o n 第一章文献综述 1 1 课题研究背景 第一章文献综述帚一旱义陬练尬 目前，胶粘剂工业的发展极为迅速、新产品层出不穷、性能不断完善且应用 范围日趋拓宽，无论在高精尖产品上，还是在日常生活中，胶粘剂都发挥了极其 重要、不可替代的作用。从近几年中国胶粘剂产量和销售额迅速扩大可见一斑： 2 0 0 8 年胶粘剂及密封剂产量为3 5 7 万吨，销售额为4 8 5 亿元人民币。同2 0 0 6 年 相比，分别增长7 3 7 和1 5 4 8 ( 其中脲醛、酚醛和三聚氰胺甲醛胶粘剂未统计 在内) 。近年来，由于金融危机的影响，2 0 0 9 2 0 1 1 年中国胶粘剂市场需求量增长 减缓，但预计仍以平均每年7 8 的速度增长，2 0 1 1 年产量可达4 4 3 万吨，销售 额6 8 0 亿元人民币。 在胶粘剂应用大潮推动下，压敏胶也越来越受到人们的关注。压敏胶是指只 需施加一定压力就能润湿被粘物表面并将被粘物粘牢，产生一定粘结强度的一类 胶粘剂。生物体用压敏胶就是其中一种，该压敏胶具有初粘性好、粘结力强、对 人体皮肤无过敏、内聚能力强和除胶后无残留等优点，适于强力胶粘带、医用胶 粘带、胶粘带电极和绷带等制品。随着皮肤生理学、药学、药剂学和高分子材料 的发展，生物体用压敏胶制品品种越来越多，其使用范围己涵盖了伤口处理、外 科手术止血、牙科、骨科和软组织及皮肤粘接、生物医学装置粘接以及透皮药物 释放贴片、各类医用标签和医用胶带等诸多方面【1 4 】。随着生活水平的提高，人 们对化妆品和卫生用品的要求越来越高。而且，压敏胶以其使用方便、稳定性好、 制备简便和美观等优势，越来越受到广大用户的青睐。因此，在化妆护理及卫生 用品领域，生物体用压敏胶也发挥了重要的作用。随着医疗卫生事业的不断发展， 生物体用压敏胶将扮演越来越重要的角色，但在组成和结构对性能的影响等方 面，仍有许多问题在研究探索中。 1 2 生物体用压敏胶的研究现状 按照组成成份，生物体用胶粘剂可分为丙烯酸酯压敏胶、硅酮压敏胶、聚氨 酯压敏胶、s b s 热熔压敏胶、s i s 热熔压敏胶、聚异丁烯压敏胶和其他压敏胶等。 第一章文献综述 1 2 1 丙烯酸酯压敏胶 上世纪六十年代初世界上就有多种丙烯酸酯压敏胶问世，而我国的压敏胶工 业虽然在2 0 世纪三、四十年代就已经出现，但近三十年来才真正的发展起来。 丙烯酸酯压敏胶是目前应用最为广泛的压敏胶，它是由主单体、第二单体及官能 团单体共聚而成【5 1 。其代表单体及作用如表1 1 所示。 表1 1 丙烯酸酯压敏胶的主要组分 t a b l e1 - lt h em a i nc o m p o n e n t so fa c r y l c a t ep r e s s u r e s e n s i t i v ea d h e s i v e ( p s a ) 丙烯酸酯压敏胶可分为溶剂型、乳液型和热熔型三大类。近年来，由于世界 上能源和资源的紧缺，环境保护法和安全法的颁布，使以有机溶剂为主体的溶剂 型胶粘剂的使用受到限制，乳液型胶粘剂则越来越受到人们的重视。与溶剂型胶 粘剂相比，乳液型胶粘剂具有无有机溶剂释放、符合环保要求、成本低、阻燃性 好和使用安全等优点，因而在涂料、胶粘剂、密封剂和织物等领域中应用广泛并 倍受世界关注【6 7 】，通过对国内外压敏胶粘剂的粗略统计发现，丙烯酸酯压敏胶 以乳液型为主，约占总压敏胶量的7 0 以上。丙烯酸酯乳液胶粘剂中因含有酯基、 羧基和羟基等官能团，具有很强的极性，故对各种极性物质的粘接性能良好。但 丙烯酸酯乳液压敏胶存在耐水性和热稳定性差等不足，需要通过改性来提升其综 合性能。热熔型丙烯酸酯压敏胶，于2 0 世纪七十年代末期才有工业化产品出现， 一般是丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯与丙烯酸、醋酸乙烯等单体共聚而成。其粘性、 热稳定性、耐候性和透明性都很好，而且相对分子量和熔体粘度易于控制，但其 内聚强度( 尤其是高温时的内聚强度) 较差f 8 9 】。 丙烯酸酯胶粘剂具有良好的生物相容性、皮肤粘附性和对多种药物及其它添 加剂良好的相容性和极低的毒副作用，所以可直接用于食品包装和医疗卫生用 2 第一章文献综述 品。其中，通过适当的改性，丙烯酸酯压敏胶的性能己不断提升，目前广泛应用 于医疗卫生产品的生产中【l o 】。吴雅岚【1 2 】等分别采用多步乳液聚合法和乳液共混 法，改性制备出粘接性能较好的乳液型丙烯酸酯医用压敏胶。结果表明，多步乳 液聚合法是全面提高粘接性能的有效方法。l u c i a n o f l 3 】等用丙烯酸酯类聚合物f 包 括醋酸乙烯酯单体、羟甲基丙烯酸酯单体和丙烯酸2 乙基己基酯单体) 和增粘剂、 增塑剂等助剂，制得可以直接用于皮肤的丙烯酸酯医用压敏胶，此产品既可用于 绷带和医用胶带，又可作为药物载体用于透皮吸收系统中。邓传禹【6 1 成功研制出 一种乳液型丙烯酸酯压敏胶，其性能与溶剂型相当，产品具有粘结性强、透明、 胶膜柔软、透气性好及低过敏性等优点；在工艺方面，该压敏胶无污染、操作方 便且可水洗机辊。杨青芳1 1 4 j 等制备出透气性良好的医用丙烯酸酯压敏胶，由于产 品乳胶粒分布均匀，胶膜具有良好的透气均匀性，非常符合医用要求。t a l ( a v u k i 【1 5 】 等将丙烯酸酯压敏胶用作药物透皮吸收的载体，因丙烯酸酯压敏胶具有药物相容 性好和毒副作用小的优点，在少量增加促渗剂后，药物释放率明显提高，且持续 时间明显增长，大大改善了透皮吸收药物利用率低的缺点。 丙烯酸酯压敏胶在化妆品领域也得到了初步的应用，如m a i t r a 【1 6 】等将丙烯酸 酯压敏胶应用于化妆品配方中，并添加增塑剂、增粘剂等助剂，将产品玻璃化转 变温度r 控制在5 6 0 范围内。所制备出的产品防水防油性、持久性和生物体 适用性良好，并且能与其它功能性辅料混溶达到良好的护理效果。w b n g 等研 制出由丙烯酸酯压敏胶、增粘树脂和功能性元素组成的压敏胶组合物，既可以应 用于医疗又可以用于化妆领域。生产者可选择适当的聚合组分加入到其中，以得 到更广泛的应用。i v 锄o v a l l 8 】等将丙烯酸酯压敏胶应用于头发护理产品中，控制 其用量为组分的0 5 3 之间可以达到最好的效果，在发型设计及护发方面优势 明显。y a n g 【1 9 】等制各的丙烯酸酯压敏胶粘剂由亲水单体和防水膜构成，亲水单 体可保证功能性药物处于饱和状态，防水膜则防止皮肤水分的流失，这样就能使 功能性药物在亲水层中产生浓度梯度，使药效持续时间更长，提高了利用率，并 使皮肤长期处于润湿状态。 1 2 2 硅酮压敏胶 硅酮压敏胶在1 9 世纪五十年代开始应用于医药行业。这类压敏胶为无结晶 固体，无熔点，耐寒、耐热性( 在7 3 2 5 0 间结构稳定) 和耐化学性好；电绝缘性 优良，具有良好的柔软性，且软化点接近皮肤温度，贴于皮肤后易变软且附着性 好，经3 0 m i n 后具有足够粘附力，反复使用粘性损失较小；药物在其中的扩散性 良好，体外经皮吸收速率较大，人体应用安全【2 0 】。硅酮压敏胶是由硅树脂与硅橡 胶经缩聚反应制得【2 】。硅树腊是由单官能团的有机硅单体( 如三甲基氯硅烷) 和四 第一章文献综述 官能团的有机硅单体水解缩合而成。硅橡胶为羟基封端的全二甲基聚硅氧烷或二 甲基二苯基聚硅氧烷等，其结构如式( 1 1 ) 所示。 rg h 叶卜甘卜t h m ， rc 殛 其中r 可为甲基、苯基或含氟基团等。 生物体用硅酮压敏胶近十几年发展迅速，在医疗上和经皮治疗系统制剂中获 得广泛应用。例如，将其用于制备防治心血管病硝酸甘油控释贴片、降血压贴片、 镇痛药膜、止血贴片、避孕药膜、眼用控释药膜和应用于手术治疗等。医用硅酮 压敏胶应用面日益扩大，需求量不断增加【2 1 】。但硅酮压敏胶的负载药物量小、成 本高、粘性较低且不能吸收体表排出的水分，所以长期使用会出现皮肤浸软变白 的现象。 国内在硅酮压敏胶的基础研究与产品开发方面与国外差距很大，在品种、质 量和数量方面远远不能适应现代产业发展的需要，大部分硅酮压敏胶尚须进口。 2 0 0 0 年至今关于硅酮压敏胶的专利以美国、日本和一些欧洲国家居多。目前日 本东芝公司生产的有机硅压敏胶产品已经有p s a 5 2 9 、p s a 5 9 0 、p s a 5 9 5 、p s a 5 9 6 、 p s a 6 5 7 3 a 和p s a 6 5 7 4 等型号f 2 2 】。k o s a l f 2 3 】等研制出一种由硅酮乳液构成的压敏 胶，它是将含端硅醇基的有机聚硅氧烷( t 。为2 0 ) 与含硅醇基的硅酮树脂( t 。为 o ) 混合，然后将其分散在6 0 2 0 的挥发性硅酮流体( 沸点3 0 0 以下) 中得到的 产物。这种乳液既可用于制备纸张涂料、有机压敏胶的防粘改性添加剂，又可以 用于医用、家用制品等。z h o u 【2 4 】等制备出的压敏胶是由有机基硅氧烷聚脲共聚 物( 至少1 种多元胺和至少1 种多异氰酸酯的反应产物，如果需要，可以加入多 官能度的扩链剂。) 、l o 以上的稀释剂和4 0 6 0 的硅酸酯增粘树脂( 如m q 、 m q d 和m q t 增粘树脂) 组成的无反应活性的混合物。该压敏胶可以用于制备一 些医用品，如绷带、敷料、盖布或医疗用品( 传感器、电极、造口装置) 粘贴用胶 带和垂带以及经皮释药贴剂。此外，还可用作保护膜和装饰面料。同时，此类硅 酮压敏胶也可以用于发型设计，作为头发定型产品。i v a i l o v a 【2 5 】发明了用含量不 低于1 0 的硅烃成分或混合物的可挥发性溶剂，去除硅酮压敏胶制品的方法，从 侧面说明了硅酮压敏胶的广泛适用性。 现在，人们利用共混、共聚、嵌段和接枝等手段将有机硅和其他功能基团连 接起来，以改善有机硅压敏胶的某些性能，从而使该类压敏胶得到更广泛的应用。 例如，德国希尔斯公司通过在硅氧烷主链上接枝无定型0 【聚烯烃进行改性制备出 4 第一章文献综述 改性硅酮压敏胶。该胶可在潮湿环境下固化，具有较高的粘接力、内聚力和热稳 定性1 2 6 】。s h a i l ( 1 1 2 7 】等在硅酮压敏胶中加入不同量的有机粘土进行改性，形成纳米 复合材料。这种纳米复合材料的压敏胶组合物可改善药物在胶中的突释效应，达 到控释的目的，同时还可改善其粘接性。 1 2 3 聚氨酯类压敏胶 聚氨酯类压敏胶属于a b 请型的线型多嵌段共聚物，由交替的硬链段和 软链段组成。其中软链段一般为聚醚、聚酯或聚烯烃等，硬链段一般由异氰酸酯 和扩链剂等组成。常温下，软链段处于高弹态，硬链段则处于玻璃态或结晶态。 由于组成多嵌段共聚物的两种链段往往是热力学不完全相容的，或甚至是不相容 的，因此会产生微观相分离，形成两个微区。聚氨酯类压敏胶具有良好的耐热性、 粘接性和稳定性，并且毒性小，因此在医学方面得到了广泛的应用【2 引。此类压敏 胶具有溶胀而不溶解的特性，且能抑菌消毒、载药量大、药物控释能力强，是较 理想的药物经皮释放系统的压敏胶材料，但普遍存在初粘强度不高、抗张性能差、 耐热性欠佳、固化速度慢等缺点。 人们通过研究对其改性取得了良好的效果。蔡洪刊2 9 】等制备出经皮给药用聚 醚性多元醇改性亲水性聚氨酯压敏胶，在聚氨酯分子链上引入亲水的聚乙二醇段 以赋予聚氨酯压敏胶亲水性、聚丙二醇使其具有良好的粘性性能和较合适的力学 性能。通过吸水性和水蒸汽透过性测试表明此压敏胶可以吸收皮肤表面的汗液， 同时使皮肤保持透气性；通过皮肤粘结测试说明此压敏胶具有良好的生物相容 性，能满足不同药物透皮吸收制剂的需求。谭惠民【3 0 】等发明出一种水性聚氨酯胶 乳粘合剂。该方法采用互穿网络技术( l i p n ) 和种子乳液聚合两种技术结合的方 法，制备出具有聚氨酯聚丙烯酸酯( p u p a ) 聚合物网络互穿的“核壳”结构的丙 烯酸改性聚氨酯粘合剂。此粘合剂的胶乳粒径在2 0 2 0 0 m m 之间可调控，具有粘 接强度高、耐疲劳性和抗冲击性优良及耐磨性好等优点，适合做生物体用压敏胶。 k e t t l e w e l l l 3 1 】等发明出一种由结构层和组织接触层组成的多层医用聚氨酯胶粘 剂。结构层由一种或多种具有成膜性质的聚合物组成，接触层含有组织活性基团。 其中具有成膜性质的聚合物是可生物降解的聚氨酯，组织活性基团是n 羟基琥 珀酰亚胺州h s ) 酯功能基团。p a v i o v a 【3 2 】等研制出亲水性聚氨酯粘合剂和聚丙烯酸 酯聚氨酯粘合剂，可载药，用于物理或外科创伤、烧伤和溃疡等治疗中，具有 一定的生物相容性和生物降解性。张斌【3 3 】等制备出亲水性聚氨酯压敏胶，该聚氨 酯压敏胶贴剂可反复揭帖，有较好的吸水性及水汽透过性并具有良好的药物控释 能力，适用于经皮给药系统。但是环境湿度及载药量对聚氨酯压敏胶贴剂力学性 能有一定影响，要消除或减小这类影响还需进一步的研究。 5 第一章文献综述 1 2 4 聚异丁烯压敏胶 聚异丁烯为一种具有一定粘性的人工合成橡胶，由异丁烯在以三氯化铝为催 化剂的条件下聚合而得，其c h 骨架较长且直，只有端基处有不饱和键，可以 溶于烃类有机试剂中，对水的渗透性很低。由于不饱和键和反应位置少，聚异丁 烯非常稳定，耐候性、耐热性及抗老化性良好。 市售的聚异丁烯分子量范围很宽，低分子量规格的聚异丁烯为半粘性流体， 通常加入胶粘剂中作为增粘树脂或增粘剂、软化剂、增柔剂，或作为改善难于粘 着的基材的湿润剂。而高分子量规格的聚异丁烯则通常用作制备压敏胶的高强度 骨架【3 4 1 。 聚异丁烯作为聚异丁烯压敏胶的主要成分，目前多由生产厂家自行配制，这 种压敏胶可以采用不同配比的高、低分子量规格的聚异丁烯为原料，经常加一些 增粘剂、增塑剂、填料或稳定剂制成【3 5 j 。增粘剂主要有松香酯、c 5 石油树脂和 聚萜烯等，增塑剂主要为矿物油，填充剂主要有z n o 、t i 0 2 和水合氧化铝等。 因为聚异丁烯均聚物具有化学惰性、对水和气体渗透性低、色泽浅和低毒的特点， 该类压敏胶适用于医疗卫生领域。如将s t a n e xl m m s ( 平均相对分子质量为4 4 万的聚异丁烯) 和s t a n e xm m l 1 0 0 ( 平均相对分子质量为1 4 5 万的聚异丁烯) 以 3 ：l 的比例混合形成胶液1 3 6 1 ，可应用于制备透皮吸收贴剂。聚异丁烯压敏胶是非 极性和疏水性的组合物，在成型过程中需要添加汽油、松香等助剂，因此，它只 适用于低水溶性和低极性的药物，且水汽透过性和透氧性极差，如果长期使用， 会导致皮肤上有积水产生，还常常伴有皮肤泛白或过敏现象。 b e i e r s d o r f a g 公司2 0 0 6 年的专利产品为一种皮肤友好型的透皮贴剂闻。贴 剂骨架主要由聚异丁烯构成，还含有一定量的无定型0 【石蜡等成分，但不含矿物 油和增粘树脂，其与药物适配后的产品已经上市，用于治疗晕动症等疾病，药用 效果佳。l i a o 【3 8 l 等研制出应用于药物透皮吸收的压敏胶，指出经过适当改性后的 聚异丁烯压敏胶比s i s 热熔压敏胶和丙烯酸酯压敏胶的效果更好，在提高了药物 吸收效果的同时，降低了成本。k i m f 3 9 】等也探讨了将聚异丁烯压敏胶改性后，用 于医用领域可以促进生物体对药物吸收的作用。朱全刚i 删等采用聚异丁烯压敏胶 制备氟比洛芬贴剂，其配方主要由药物氟比洛芬( f p ) 、透皮渗透促进剂氮酮、抗 氧剂2 ，6 叔丁基对甲酚( b h t ) 及聚异丁烯压敏胶组成。经临床实验证明，此贴剂 治疗疼痛的总有效率为7 8 2 ，其中对膝关节痛的治疗效果较好，为临床疼痛治 疗提供了一种有效的选择。 6 第一章文献综述 1 2 5s b s 和s i s 热熔压敏胶 s b s 属苯乙烯类热塑性弹性体，是苯乙烯丁二烯苯乙烯三嵌段共聚物，通 常称为热塑性丁苯嵌段共聚物或热塑性丁苯橡胶，简称s b s 。根据合成方法的不 同，s b s 有线型和星型两种结构，其中线型s b s 的结构式见式( 1 2 1 。s b s 中的 聚苯乙烯( p s ) 链段和聚丁二烯( p b ) 链段明显地呈两相结构，p b 为连续相，p s 为 分散相，两相互不相容，呈相分离状态。但聚苯乙烯球状聚集区域起交联点和补 强粒子作用。s l s 与s b s 类似，也属于苯乙烯热塑性弹性体之类，是苯乙烯异 戊二烯苯乙烯三嵌段共聚物，有线型结构( s i s ) 和星型结构( ( s i ) 。r ) 之分，( s i ) 。r 的形态结构比s i s 更加规整。 c 渤七砬1 畦l 乜弋珏c h - c m 潦野中睫枣h 一耳b h ( 卜2 ) 臼垤囟 以s i s 、s b s 等弹性体为主的热熔型压敏胶粘剂，具有无色透明、无毒无味、 粘接性好、透气性优异等优点，目前已广泛应用于妇女卫生制品及婴幼儿尿不湿 等产品，但由于主链含有双键，s i s 、s b s 存在耐热性、耐低温性和耐老化性差 的缺点【4 。另外，在高温空气的氧化条件下，s b s 的丁二烯嵌段会发生交联， 从而使硬度和粘度增加，降低压敏胶性能。 刘志娟1 4 2 j 等以s b s 7 9 2 热塑性弹性体为主体材料，以无色c 9 石油树脂为增 粘剂，以环烷油为增塑剂，以复合抗氧剂为防老剂制备出的热熔压敏胶是卫生用 品中较为理想的热熔压敏胶，其颜色浅、无毒、不粘污织物，制备工艺成熟，产 品性能可靠，价格便宜，完全可以替代进口产品。张荣掣4 3 】等以s i s 热塑性弹性 体为主体材料，以松香酯和石油树脂为增粘剂，以高压加氢环烷基橡胶油为软化 剂，使用复合抗氧剂提高制品的耐高温性能，通过将线性s i s 和星型s i s 复配的 方法，提高中低温热熔压敏胶的综合性能，制备出适合在一次性卫生用品上使用 的中低温热熔压敏胶。郑琦【”1 等选用物理交联的方法来改善压敏胶的内聚强度。 方法是以s b s 、s i s 两种a b a 嵌段共聚物作为基体( 其中a 、b 分别是不相容 的刚性链和柔性链) ，使其在粘合、固化过程中产生物理交联，提高压敏胶的内 聚强度，并配合增粘树脂、增塑剂、抗氧化剂以及填料等研制出了适合医用的压 敏性热熔胶。该医用热熔压敏胶外观呈无色透明至浅黄色透明块状粘弹固体。 1 6 0 时熔融，粘度为( 2 0 0 0 士2 0 0 ) m p a s ，软化点( 环球法) 为( 8 6 士3 ) ；具有剥离时 不粘连皮肤、对人体无毒和无过敏的优点。w u i 删等将光引发剂单体( 4 m b p ) 接枝 到s b s 主链上，通过控制接枝率研制出新一代的紫外线( u v ) 交联s b s 溶剂型压 7 第一章文献综述 敏胶，此压敏胶不仅无毒害作用而且其粘接性能完全符合生物体用压敏胶的要 求。 1 2 6 其他胶粘剂 除了以上介绍的各种生物体用压敏胶外，研究者们还探索了很多可以用于生 物体的压敏胶品种，如s i l v a 【4 5 j 等将壳聚糖和丙烯酸聚合物结合起来，经过控制 p h 值调整交联剂和改性剂的用量，得到性能良好的皮肤用压敏胶，并可以与药 物共混，用于经皮给药系统。z h a n g 【4 6 j 等研制出以聚乙烯吡咯烷酮、d ，l 乳酸低 聚物、甘油和水为原料聚合而成的压敏胶，可用于经皮给药系统，在不添加化学 促进剂和结晶抑制剂的情况下仍能有载药量大，吸收快的优良特点。a g i l e 公 司的c o n w a y l 47 j 等申请的世界专利，是关于将p i b 压敏胶和丙烯酸酯压敏胶结合 应用于传递药物和化妆品的多层透皮吸收膜( 如图1 1 ) ，并添加了润湿剂、增塑 剂和皮肤促渗剂，结果表明该多层膜能够形成一个密封层，减小了挥发组分及非 挥发组分的损失，提高了有效组分的利用率。 覆盖屋 ， 匕= = = = = = 互= 互= = = x 一过渡层 内衬屋、 有效成分c = 互l 一压敏胶层 释放屡 图1 1 专利产品截面图 f i gl - lt h es e c t i o n a lv i e wo f p a t e n t e dp r o d u c t 以上各种类型的压敏胶各有优势，在生物体上的应用都担当了重要的角 色。丙烯酸酯型、硅酮型、聚氨酯型和聚异丁烯型压敏胶的分子结构、组成、化 学性能各不相同，但均符合剥离粘性、表面粘性和抗剪强度三个特征指标的要求， 在医学上具有相似的可接受性，所以被广泛应用于药物透皮吸收系统中。其中丙 烯酸酯压敏胶因具有优秀的生物相容性，除了在医疗领域的应用外，还可以用于 化妆品领域，并且有良好的前景。s b s 和s i s 热熔胶因无色透明、无毒无味等特 点广泛用于卫生制品方面。 当然，以上每一种聚合物都可通过改变不同单体的配比，添加增粘剂、增塑 剂、填充剂及稳定剂等手段获得性能范围广泛的压敏胶，以适应各种生物体用胶 的要求。各种压敏胶也可以交换或混合使用。方亮【4 8 1 等开发出一种祖师麻提取物 第一章文献综述 经皮缓释贴剂及其制备方法。此贴剂包括背衬层、药物储库及防粘层。所选用的 压敏胶为硅酮压敏胶或聚异丁烯压敏胶或丙烯酸酯压敏胶，可选用其中的一种或 多种混合物。通过给药面积的调整可控制给药剂量，药物以恒速释放，使疗效持 久平稳，且贴剂具有使用方便柔顺性好和粘附性适宜的优点。胡晋红等【4 9 】发明出 一种可有效治疗胆碱能缺失等症的皮肤贴剂。此贴剂由防粘层、贮药层和背衬层 组成，其中贮药层包括药物、溶剂、聚异丁烯压敏胶和乳液型或溶剂型丙烯酸酯， 压敏胶的加入使贴剂使用方便、粘结性好，经济和社会效益良好。 生物体用产品的应用场合比较特殊，对压敏胶性能的要求自然也很高，它需 要对皮肤具有好的相容性，与药物、促渗剂具有物理和化学的兼容性，耐寒、抗 湿，具有足够的内聚力，在生物体上应用无胶残留，且不造成损伤，能适用于各 种不同类型的皮肤，并能适应皮肤的运动等。以上所述的各种压敏胶并不能完全 满足这些要求。研究者应大力发展无毒害、低成本的生物体用压敏胶，在原有基 础上进行改性，并探索新型压敏胶聚合物，提高其使用性能以迎合医疗、卫生以 及化妆品市场的需求。 丙烯酸酯压敏胶同以上所述的各种压敏胶相比，初粘性好，耐溶剂性、热稳 定性、抗氧化性、水汽透过性和生物相容性好，作为皮肤贴剂时负载药物量大、 药物释放速度快，成本比聚异丁烯压敏胶稍高，但远低于其他类压敏胶。丙烯酸 酯乳液压敏胶，以水为分散介质，进一步降低了成本，且符合环保标准，但同样 不能完全满足生物体用产品的要求。本课题旨在研究以丙烯酸酯为主体的生物体 用压敏胶，并在原有乳液聚合方法和压敏胶制备方法的基础上大胆创新，制备出 性能明显优于市售生物体用压敏胶的产品。 1 3 丙烯酸酯乳液压敏胶概述 1 3 1 丙烯酸酯乳液压敏胶体系的组成 乳液聚合是指在用水或其他液体作介质的乳液体系中，按胶束机理或低聚物 机理生成彼此孤立的乳胶粒，并在其中进行自由基聚合或离子聚合来生产高分子 聚合物的一种聚合方法【5 0 】。丙烯酸酯乳液压敏胶聚合体系主要由单体、乳化剂、 引发剂和分散介质等组分组成。 1 3 1 1 单体 选择适当的单体种类和用量，并充分考虑各种单体的极性、亲水性和玻璃化 转变温度( t 。) 等，就可以达到控制乳液型胶粘剂的粘结性能和力学性能的目的。 表1 2 给出典型丙烯酸酯单体的物理性质。 9 第一章文献综述 表1 2 典型丙烯酸酯单体的物理性质 t a b1 - 2t h ep h y s i c a lp r o p e n i e so ft y p i c a la c u l a t e sm o n o m e r 不同丙烯酸酯单体通过乳液聚合反应所得到的共聚物乳液具有新的k ，其乳 液共聚物的理论t g 可用f o x 方程计算，如式1 3 所示。 专2 乏+ 乏+ 一+ 罢2 茎乏 m 3 ，一= o + 二+ + o = 2 。二 ( i 3 1 毛t i ：t ，蒿毛 、7 式中t ，共聚单体i 的均聚物的玻璃化转变温度，k ； 形共聚单体i 在单体总量中所占质量分数，形= 1 。 1 3 1 2 乳化剂 乳液制备过程中，可以采用非离子型或离子型乳化剂。其中采用非离子型乳 化剂的体系对聚合物乳液的电解质稳定性好，但聚合速度通常较慢，聚合中易产 生凝胶。而采用阴离子型乳化剂时，聚合物乳液的电解质或化学稳定性相对较差， 但生成的乳胶粒直径较小，聚合物乳液机械性能稳定性好，且聚合中不易产生凝 胶。采用阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂的复合乳化剂常常会收到更好的乳化 效果。此复合乳化剂对水不溶性单体的乳液聚合体系非常有效，改变二者的比例 可以较好的控制乳液粘度。 l o 第一章文献综述 1 3 1 3 引发剂 丙烯酸系单体的乳液聚合主要采用正相乳液聚合，因而主要使用水溶性引发 剂，例如过氧化氢及其水溶性衍生物和过硫酸盐，若采用氧化还原引发体系则可 以降低聚合反应温度或反应时间。同时考虑废液处理问题，为降低处理难度，选 择单一粒子的引发剂，如过硫酸钠等。在热作用下，一个过硫酸盐引发剂分子可 以分解成两个具有引发活性的硫酸根离子自由基：s 2 0 8 2 。一2 s 0 4 2 。但聚合体系 的p h 值和温度会对过硫酸盐分解速度( 用半衰期表示，h ) 产生影响，如表1 3 所 示，温度越高，p h 值对过硫酸盐分解速度影响越小。 表1 - 3p h 值和温度会对过硫酸盐分解速度的影响 r a b l el 一3i n f i u e n c eo fp ha n dt e m p e r a t u r eo nt h ed e c o m p o s i t i o nr a t eo fp e r s u l f 乱e 1 3 1 4 分散介质 绝大多数的正相乳液聚合以水为分散介质。水便宜、易得，没有燃烧、爆炸 和中毒的危险，更不会造成环境污染。乳液聚合之所以越来越多的引起人们的重 视，最重要的原因就在于它以水为介质。进行乳液聚合常用蒸馏水或去离子水， 因为天然水和自来水中所含的金属离子，尤其是钙离子、镁离子、铝离子、铁离 子、铅离子等会严重的影响聚合物乳液的稳定性，并对聚合过程起阻聚作用，要 严格控制其含量。 1 3 1 5p h 值缓冲剂 在乳液聚合过程中，p h 值通常是发生变化的。如利用过硫酸盐做引发剂时， 在引发反应过程中会产生氢离子使体系的p h 值降低，而氢离子对聚合反应起内 催化作用，影响了乳液体系的稳定性。为了保持乳液体系在反应过程中p h 值的 稳定，常常需要加入p h 值缓冲剂，例如磷酸氢二钠、碳酸氢钠、碳酸钠、醋酸 钠和柠檬酸等。 第一章文献综述 1 3 2 乳液聚合原理 2 0 世纪四十年代，芝加哥大学的h a r k i n s 定性的阐明了在水中溶解度很低的 单体的乳液聚合反应机理及物理概念。后来，s m i t h 和e w a r t 在h a r k i n s 理论的 基础上建立了定性理论，确立了乳胶粒数目与乳化剂浓度及引发剂浓度之间的定 量关系。并根据乳液聚合机理提出了乳液聚合的三种情况及乳液聚合过程的三个 阶段，即乳胶粒生成阶段或成核阶段( 阶段i ) 、乳胶粒长大阶段( 阶段i i ) 及乳液 聚合完成阶段( 阶段i i i ) ，如图1 2 所示。 转 化 蛊 时间 图1 2 乳液聚合的时间转化率曲线示意图 f i g1 - 2t i m e - c o n v e r s i o nr a t ec m 、r ed i a g r a mf o r 锄u l s i o np o l y m e r i z a t i 聚合开始前，单体及乳化剂在乳液中的分布情况为：不溶或微溶于水的单体 绝大部分以细小液滴形式存在，液滴的大小取决于搅拌桨形状、搅拌强度及乳化 剂品种及用量；少量的单体在胶柬中增溶；微量的以分子形式溶解在水中( 等于 单体在水中的溶解度) 。在单体液滴、增溶胶束和水中的单体通过扩散处于动态 平衡中。 大部分乳化剂分子形成胶束，其中多数胶束中溶解有单体，形成增溶胶束； 一部分乳化剂被单体液滴吸附，形成带电保护层；少量的以分子形式溶于水中( 等 于临界胶束浓度部分) ，如图1 3 所示。 妥学赫二黪曩 孚 一。乳化剂 、 1 2 第一章文献综述 溶于水的引发剂在水相分解生成自由基，与溶于水中的单体相遇会发生聚合 反应，但水相不是主