药用高分子之纤维素PPT参考幻灯片.ppt

,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,纤维素是植物纤维的主要组分之一，广泛存在于自然界中，药用纤维素的主要原料来自棉纤维，少数来自木材。棉纤维含纤维素91%以上，木材含纤维素较低，约在40%以上。棉纤维附着在棉籽表面，长度较短的纤维称为棉绒，先摘下的上等棉绒一般用来制造棉絮，二次或三次摘下的棉绒一般供化学工业加工生产纤维素酯与醚。纤维素分子为长链线型高分子化合物，它的结构单元是吡喃环D-葡萄糖，每个纤维素大分子是由n(M/162)个葡萄糖互以-1，4苷键构成。,1,2,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,结构单元是D-吡喃葡萄糖基，相互间以-1,4-苷键连接，分子式为(C6H10O5)n，聚合度几百至一万。,3,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,纤维素的一些重要性质如下：,4,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,纤维素的一些重要性质如下：,纤维素大分子的每个葡萄糖单元中有3个醇羟基，其中2个为仲醇羟基，另一个为伯醇羟基，纤维素的氧化、酯化、醚化、分子间形成氢键、吸水、溶胀以及接枝共聚等都与纤维素分子中存在大量羟基有关，这些羟基酯化能力不同，以伯羟基的反应速度最快。纤维素分子的两个末端葡萄糖单元性质不同，一个末端第4碳原子上多一个仲醇；另一末端葡萄糖单元中则在第1碳原子上多一个内缩醛羟基，其上的氢原子甚易移位与氧环的氧结合，使环式结构变为开链式结构，因此1位碳原子便变成醛基，显醛基的反应。,5,6,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,纤维素的一些重要性质如下：,纤维素大分子间和分子内存在大量的羟基，符合氢键形成的条件，由于纤维素的分子链聚合度很大，如果其所有的烃基都被包含在氢键中，则分子间的氢键力非常之大，可能大大超过C-O-C的主价键力。一般来说，纤维素中结晶区内的羟基都已形成氢键，而在无定形区，则有少量没有形成氢键的游离羟基，所以水分子可以进入无定形区，与分子链上的游离轻基形成氢键，即在分子链间形成水桥，发生膨化作用。,7,8,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,纤维素的一些重要性质如下：,纤维素结晶区和无定形区的羟基，基本上是以氢键形式存在，氢键的破裂和重新生成对纤维素的性质有很大影响，而在许多情况下对其反应能力也有影响，氢键破裂，生成游离羟基数量多，其吸湿性增加，市售粉状纤维素在相对湿度为70%时，其平衡含水量在8%-12%。由X-射线衍射的研究表明，纤维素吸水后和再经干燥，二者的X-射线衍射图没有改变，说明结晶区没有吸着水分子，水的吸着只发生在无定形区，结晶区的氢键并没有破坏，链分子的有序排列也没有改变，纤维素的吸水量是随其无定形区所占的比例的增加而增加，实际上，经碱处理过的纤维素的吸湿性比之天然纤维素为大。,9,处理过程：碱+纤维素纤维素浸碱水洗脱碱酸浴脱碱水洗脱水晾干,10,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,纤维素的一些重要性质如下：,纤维素吸水后，再干燥的失水量，与环境的相对湿度有关，纤维素在经历不同湿度的环境后，其平衡含水量的变化，存在滞后现象，见图4-7，即吸附时的吸着量低于解吸时的吸着量。其理由是:干燥纤维素的吸附是发生在无定形区氢键被破坏的过程,由于受内部应力的阻力作用,部分氢键脱开，但仍保留部分氢键，因而新游离出的羟基(吸着中心)相对于解吸来说是较少的，当吸湿平衡了的纤维素脱水产生收缩时，无定形区的羟基部分地重新形成氢键，但由于纤维素凝胶结构的内部阻力作用，被吸着的水不易挥发，氢键不可能完全复原，重新形成的氢键较少，即吸着中心较多，故而吸湿量也较多。,11,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,纤维素的一些重要性质如下：,纤维素的有限溶胀可分为结晶区间溶胀(液体只进到结晶区间的无定形区，其X-射线衍射图不发生变化)和结晶区内溶胀(此时纤维素原来的X-射线衍射图谱改变，而出现新的X-射线衍射图谱)。水有一定的极性，能进入纤维素的无定形区发生结晶区间的溶胀，稀碱液(1%-6%NaOH)的作用也类似于水，但浓碱液(12.5%-19%NaOH)在20能与纤维素形成碱纤维素，具有稳定的结晶格子，所以也只能发生有限溶胀。纤维素溶胀能力的大小取决于碱金属离子水化度，碱金属离子的水化度又随离子半径而变化，离子半径越小，其水化度越大，如氢氧化钠的溶胀能力大于氢氧化钾；纤维素的溶胀是放热反应，温度降低，溶胀作用增加；对同一种碱液并在同一温度下，纤维素的溶胀随其浓度而增加，至某一浓度，溶胀程度达最高值。,12,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,纤维素的一些重要性质,纤维素原料经磨碎、压碎或强烈压缩时，纤维素可发生降解，结果聚合度下降，机械降解后的纤维素比氧化、水解或热降解的纤维素具有更大的反应能力。,13,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,纤维素的一些重要性质如下：,纤维素大分子的背键对酸的稳定性很低，在酸碱度、温度适合的条件下，能产生水解降解，酸是催化剂，可降低贰键破裂的活化能，增加水解速度。纤维素对碱在一般情况下是比较稳定的，但在高温下，纤维素也产生碱性水解。,14,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,已列入一些国家法定典籍中的药用纤维素有粉状纤维素和微晶纤维素二种。一、粉状纤维素(一)来源与制法粉状纤维素(poweredcellulose)美国、英国、欧洲及日本药典已收载，又称纤维素絮(celluloseflocs)。其制法如下：将植物材料纤维浆，用17.5%NaOH(或24%KOH)溶液在20处理，不溶解的部分(称-纤维素)中包括纤维浆中的纤维素与抗碱的半纤维素，用转鼓式干燥器制成片状，再经机械粉碎即得。粉状纤维素的聚合度约为500，分子量约为2.43105，不含水素、揉酸和树脂等杂质。,15,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,(二)性质粉状纤维素呈白色，无臭，无味，具有纤维素的通性，不同细度的粉末的流动性和堆密度不一，国外有多种商品规格，其大小从35-300m不等，或呈粒状，在相对湿度为60%时，平衡吸湿量大都在10%以下，特细的规格，吸湿量较大。粉状纤维素具有一定的可压性，最大压紧压力约为50MPa。流动性较差。,16,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,(三)应用1可用于片剂的稀释剂，硬胶囊或散剂的填充剂。2在软胶囊中可用于降低油性悬浮性内容物的稳定剂，以减轻其沉降作用。也可作口服混悬剂的助悬剂。3用作片剂干性粘合剂的浓度为5%。-20%，崩解剂浓度为5%-15%，助流剂浓度为1%-2%，但不得用作注射剂或吸入剂辅料，因可致肉芽肿。在食品工业中可作为无热量食品的添加剂。,17,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,二、微晶纤维素(一)结构与制法植物纤维是千百万微细纤维所组成，在高倍电子显微镜下可见微细纤维存在2种不同结构区域，一是结晶区，另一是无定形区。微晶纤维素的聚合度约为220，分子量约为36000，其结构式同纤维素，但其在水中的分散性、结晶度和纯度等与机械纤维素不同。微晶纤维素(MC)的制法如下：将由细纤维所制得的-纤维素，用25ml盐酸在105煮沸15min，去无定形部分，过滤，用水洗及氨水洗，余下的结晶部分，经剧烈搅拌分散，喷雾干燥形成粉末。这种微晶纤维素广泛用于固体制剂以改善粉体的性能。中国药曲(2000年版)二部已收载，国外市场上称为Ph型微晶纤维素。,18,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,微晶纤维素为高度多孔性颗粒或粉末，呈白色，无臭，无味。具有压缩成型作用、粘合作用和崩解作用。市售品不同粒度可以有不同的性质，型号繁多。FMC公司(美国)生产的商品Avicel有Ph(医药行业)和RC型之分。Ph型Avicel艾维素(不溶于水，弱酸和大部分有机溶剂以及（1：20）NaOH溶液)具有改善粉体压缩成型性、流动性的作用，且具有良好的混合性和吸附性。国外药典收载的是PH型的产品。PH型Avicel有多种品种，其中PH-l01最常用，平均粒径为50m，PH-l02具有PH-l0l同样的成形性、崩解性，由于平均粒径增大为lm，流动性得到改善。AvicdPH还有一些新的型号，其对于片剂的成形性、崩解性都具有不同程度的提高。以下是AvicelPH-101的一些粉体学性质：松密度为0.32g/cm3。实密度为0.45g/cm3。比表面积为1.18m2/g，熔点为260-270焦化。,19,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,微晶纤维素具有潮解性，其含湿量一般很低，其在相对湿度为60%时，平衡吸湿量约为6%(W/W)，它不溶于稀酸、有机溶剂和油类，但在稀碱液中少部分溶解，大部膨化。各国生产的微晶纤维素在标准规格上有一定的差异，如日本药局方(13版)收载的微晶纤维素称crystallinecellulose，如将其混悬于水中，用匀化机(8000r/min)匀化，能保持混悬液在3h内不分离，呈不透明乳膏剂，而市售的一般微晶纤维素在同样情况下可分离出上清液及沉淀。,20,第四章药用天然高分子材料,第二节纤素维,(三)应用1微晶纤维素PH型广泛用作口服片剂及胶囊剂的稀释剂和吸附剂，常用浓度为20%-90%，适用于湿性制粒及直接压片；用作崩解剂时的浓度为5%-15%，用作抗粘附剂的浓度为5%-20%，此外也可作为倍散的稀释剂和丸剂的赋形剂。2微晶纤维素RC型作为胶体分散系主要用于干糖浆、混悬剂，有时也作为水包油乳剂和乳膏的稳定剂。3近年来微