药用高分子材料期末复习总结

第一章

高分子材料：也称为聚合物材料，是以高分子化合物为

基体，再配有其他添加剂(助剂)所构成的材料。

来源：合成和天然高分子材料。

性能：分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分

子涂料和高分子基复合材料等。

药用高分子材料：具有生物相容性、经过安全评估且应用于药物制

剂的一类高分子敷料。

药用高分子材料学：研究药用高分子材料的合成和改性、结构、物

理和化学性质、制剂工艺性能等的理论和应用的药学专业基础课程。

药用辅料的定义和要求：

广义上指能将药理活性物质制备成药物制剂的各种添加剂，包

括具有高分子特征的辅料。传统上，把辅料看作是惰性的。

现在认识到，辅料会改变药物从制剂中释放的速度和稳定性，并影

响其生物利用度和吸收、分布、代谢和排泄等。

1991年，国际药用辅料协会(InternationalPharmaceutical

ExcipientsCouncil,IPEC):在药物制剂中经过合理的安全评价

的不包括活性物质或前药的组分。

药用辅料的目的：

制剂制备过程中，有助于成品的加工。

有助于提高制剂稳定性及生物利用度

有助于提高病人的顺应性

有助于鉴别药物制剂

增强药物制剂在储藏或应用时的安全性和有效性

前提是安全性

药用高分子材料在药剂学中的应用：

品种繁多、规格不一。涉及到注射、局部、眼用、耳用和鼻用等。

因此需要考虑到安全性和功能性。

固体制剂的辅料

缓控释制剂的辅料

液体或半固体制剂的辅料

生物粘附剂材料

可生物降解的高分子材料

新型给药装置的组件

药品包装材料

第一、固体制剂的辅料

主要指微胶囊和片剂，占市售80%以上。

粘合剂：淀粉及衍生物、聚维酮和纤维素衍生物等

稀释剂：微晶纤维素、淀粉和糊精等

崩解剂：纤维素衍生物、海藻酸、交联聚维酮等

润滑剂：聚乙二醇等

包衣材料：肠溶包衣如邻苯二甲酸醋酸纤维素和醋酸羟丙甲纤维素

琥珀酸酯等、水溶性包衣如海藻酸钠和明胶和水溶性胶囊剂如明胶

和羟丙甲纤维素等

第二、缓控释制剂的辅料

缓控释机制一般分为5类：

扩散、溶解、渗透、离子交换和高分子挂接

扩散控制材料：纤维素衍生物、壳聚糖、尼龙，丙烯酸酯类、聚

氯乙烯和硅橡胶

溶解、溶蚀或生物降解材料及形成水凝胶的材料：微晶纤维素、

壳聚糖、明胶、聚乙二醇、聚乙醇酸、聚乳酸和聚己内酯等

渗透膜：各类高分子材料

离子交换树脂：波拉克林交换树脂

第二章

高分子的分子量：相对于一般小分子，无严格分界

高聚物分子

<101：低聚物分子

由小分子生K■分子g应目过日

小分子”¥I

分子化合0.

结构单元：构成高分子主链结构组成的单个原子或原子回。

HHHHHH

Uc-,-cI-®f-,-cJ-_c-I--o-Ic-Ic-0--

IIL-IIIII

|H|HIn白HH

重复结构单元：重复组成高分子分子结构的最小的结构单元

HHHHHH;HH

।।iiii:

»vwvc—c—c—c—c—d

।।।।।।；YA

HCH3

HCH3HCH^HCH*

I高分子结构式

重复结构单元

单体单元：高分子分子结构中由单个单体分子衍生而来的最大的

结构单元

单体单元与重复结构单元不同:单体单元是一个基于聚合反应过程

的概念，而重复结构单元是基于高分子结构的概念。如聚乙烯由

乙烯聚合而成：

在写聚乙烯结构式时，习惯上还是以其单体单元来表示.

聚合度(DegreeofP。ls〃1eri：ta打。n,DP)：

单个聚合物分子中所含单体单元的数目。

与单体单元相似，它也是一个基于聚合反应过程的概念，即使是

同一聚合物，也可能因使用的单体不同而具有不同的聚合度。

OOOO

CHO-8—《》COH+cHO-CH2cH2-OH->HO+E-《C-OCHCHO)UH

22

o,一、oooDP=2n

nHOCHCHOC-OCHCHOH_*A(j-OCH2cH2。勺H

2222

DP=n

高分子的命名

(1)习惯(来源)命名法

来源命名法是根据聚合物合成时所用单体进行命名，并不描述聚合

物分子的实际结构。命名时可有几种情形：

天然高分子

一般有与其来源、化学性能与作用、主要用途相关的专用名称。如纤

维素(来源)、核酸(来源与化学性能)、酶(化学作用)。

合成高分子

根据聚合物合成时所用单体进行命名，并不描述聚合物分子的实际

结构。可分几种情形。

(I)由一种单体合成的均聚物：

通常是在实际或假想的单体名称前加前缀“聚”，如

聚苯乙烯(单体苯乙烯)聚乙烯醇(单体乙酸乙烯酯)

(II)由两种及以上的单体合成的高分子：

如果是由链式聚合反应，所得聚合物为共聚物，一般在两单体名称

或简称之间加，再加“共聚物”后缀，如

乙烯和乙酸乙烯酯的共聚产物叫“乙烯-乙酸乙烯酯共聚物

若为两种以上单体参与的逐步聚合反应，可分几种情形：

(a)两种单体聚合时可生成一种“隐含单体”，产物为均聚物，命

名时：聚”+“隐含单体”名称

如对苯二甲酸和乙二醇的聚合产物叫“聚对苯二甲酸乙二酯”、己

二酸和己二胺的聚合产物叫“聚己二酰己二胺”

(b)若所得聚合物为共聚物，则其命名与链式聚合反应的共聚物命

名方法相同：两单体名称或简称之间+“-”+“共聚物”

(c)所得产物非常复杂，常常是由多种结构不同的产物组成的混合

物：两单体名称或简称加后缀“树脂”

如苯酚和甲醛的聚合产物叫“酚醛树脂”，尿素和甲醛的聚合产物

叫“服醛树脂”。

（in）"聚"+高分子中单体单元相互连接的特征功能圉，

如：

Oo

II

聚酯：HO-tCC-O|CH2cH20MH

聚酰胺:NHCO'n

类似的有聚氨酯（-、H-CO-O-）、聚髓（-C-O-）等。

还有尼龙1010,氨纶、氯幽丙留等

（3）系统命名法

系统命名法是以聚合物的分子结构为基础的命名法，根据IUPAC命名

法则对聚合物分子的重复结构单元进行命名。

命名时一般遵循以下次序：

(i)确定重复结构单元；

(ii)按IUPAC命名法则排出重复结构单元中的二级单元次序，如主

链上带取代基的碳原子排在前，含原子最少的基团先写等；

(iii)给重复结构单元命名，按小分子有机化合物的IUPAC命名规则

给重复结构单元命名；

(iv)给重复结构单元的命名加括弧，并冠以前缀“聚”。

聚丙烯PP产

Polypropylene

聚(1：甲基-金乙基)

CH3

聚异丁烯PIB十,2d+

PolyiVsobuVtyleneCH3

聚丙烯酸c—OH

4-CH—c

Polyacrylicacid2十

H

0

II

聚甲基丙烯酸甲酯PMALAC—0-CHQ

Polymethylmethacrylate十。畤十

CH3

聚醋酸乙烯酯P\Ac

Polvvinvlacetate

O-CH

聚乙烯基甲基酸PVME3

卜飙一世

PolvvinvlmethvletherH

聚丁二烯PB4-CH2-

Polybutadiene

-fCH—C=Cf^-CH-4

聚异戊二烯PIP23;

CH3

—

PolVvVvinvlChloride

聚偏二氯乙烯Cl

PVDC十飙-十±

PolwinvlideneChloride

VV

Cl

聚四氟乙烯PTFE十F2—CFa

PolytetrafluoroethyleneTeflon

聚丙烯懵PAN

C*N

Polyacrylonitrile

聚甲醛POM十O-CH七

Polvformaldehvde

“‘聚氧化乙烯PEO

Polyethyleneoxide

聚己二酰己二胺PA66

Polvhexamethvlene

adipamideNylon6-6

聚己内酰胺PA6

Poly(e-caprolactam)or

capronei.eNylon6

聚a-甲基苯乙烯

Poly(a-methyl)styrene

k0

聚苯醛PPO

Polyphenyleneoxide,

Polyphenyleneether

聚对苯二甲酸乙二酯

Polyethyleneterephthlate

聚碳酸酯PC

Polycarbonate

CH3

0

聚酸酸酮PEEK

Polvetherethero-

Ketone

对苯二甲酰对苯二胺

PPTAKevlar

Poly(p-phenylene-

terephthalamide)

o

聚酰亚胺N

Polvimide

oII

“聚二甲基硅氧烷

CH

Polydimethyl3

silioxane十二吐

,

or'siliconnibberCH3

聚四甲基对亚苯基

硅氧烷TMPS

Poly(tetramethylp-

CHCH

silphenylene)33

siloxane

一

杂链高分子链

原子除碳原子外，还含0、N、S等杂原子，如聚乙二醇的链原子包括

C和0,聚酰胺-6的链原子包括C和N

HHHHHO

HHHIII1IH

CCCCCC

--一

4-c-c-o^--4-N-IIIII

HHHHH

HH

聚乙二醇聚酰胺一6

局聚物结构研究的内容

高聚物结构是组成高分子的不同尺度的结构单元在空间的相对排列.

一级结构

高

聚

物

S二级结构

i

H

S

三级结构

5

Themicrostructureandmorphologyofsinglepolvmerchain.

单个高分子链的结构和形态.

Chemicalcomposition化学组成

Microstructure

Configuration构型

高分子的结构<

（近程结构）Architecture构造

Sequentialstructure共聚物的序列结构

Polymerchainstructure高分子链结构

Themicrostructureandmorphologyofsinglepolvmerchaiu.

单个高分子链的结构和形态。

Chemicalcompositiou化学组成

Microstructure

Configuration构型

高分子的结构<

（近程结构）Aixhitectiire构造

Sequentialstructure共聚物的序列结构

MorphologySize分子大小（分子量及分布）

高分子的舷态<

（远程结构）Shape分子形态（构象）

1.1.2高分子链的构型

□构型（configuration）:是指分子中由化学

键所固定的原子在空间的排列。

■要改变构型，必须经过化学键的断裂与重组。

高分子的柔顺性:

柔顺性：高分子链能够改变构象的一种性质

原因：。单键的内旋转

柔顺性好坏：。单键内旋转的难易

高分子链的单键内旋转越容易，链的柔顺性越好。高分子链上单键

数目越多，内旋转越自由，则高分子链的形态（构象）越多，链段

数也越多，链段长度越小，链的柔顺性越好。

重要性：是高分子链最重要的特性，是高聚物性能区别于低分子的

根本原因，是决定高分子和高聚物性能的主要因素。

高分子链的柔顺性

纯碳一碳单键的内旋转是完全的。

高分子链中单键的内旋转受取代基及邻近部分的影响，具有很大

的阻力。

阻力小容易卷曲的称为柔顺链。

阻力大不容易卷曲的称为刚性链。

影响高分子链的柔顺性的因素：

1、内在因素

（1）主链结构

不同种类的单键：（考虑键长和键角）

Si-0>C-N>C-0>C-C

含有芳杂环：

芳杂环不能内旋转，柔性差.

孤立双键:

与之邻近的单键内旋转位垒降低，柔性好.

共辗双键：

不能旋转，柔性差.

(2)取代基

取代基的极性

极性取代基将增加分子内的相互作用，使内旋转困难，柔性下降;

极性越大，柔性越差.

取代基的体积

对于非极性取代基，取代基的体积越大，内旋转越困难，柔性越

差。取代基数量多的，柔顺性差。

取代基的对称性

对称性好的，分子偶极距小，内旋转容易，柔顺性好

(3)其它结构因素

支化与交联：支链长，柔顺性下降：交联，含硫2%〜3%橡胶，柔顺

性影响不大，含硫30%以上影响链柔顺性。

高分子链的长度：如果分子链很短，可以内旋转的单链数目很少，

分子的构象数也很少，则必然刚性。小分子物质都无柔性，就是此

原因。但当分子量增大到一定限度(10,也就是：当分子的构象数

服从统计规律时，则分子量对构象的影响就不存在了。

分子间作用力：分子间的作用力随着主链或侧基的极性增加而增

加。但如果分子内或分子间有氢键生成，则氢键的影响要超过任何

极性基团，可大大增加分子的刚性。

聚集态结构（如结晶等）：分子结构愈规整，则结晶能力愈强，而

高分子一旦结晶，则柔顺性大大I,因为分子中原子和基团都被严

格固定在晶格上，内旋转变得不可能。

2.外界因素

温度

提供克服内旋转位垒的能量，温度升高，内旋转容易，柔性增大.

外力

外力作用时间长，柔性容易显示；外力作用时间短，柔性显示不出

来，分子表现僵硬

球晶

①当结晶温度在Tm左右，球晶长得很大。

②当结晶温度较低时，球晶尺寸减小，但数目增加。

③当结晶温度低于Tm时，出现大量晶核，这些晶核是由微纤束组

成，但它们不具有足够的空间来组成球晶。

观测方法：

小角激光散射或电子显微镜

正交偏光显微镜一一能在正交偏光显微镜下产生黑十字图案或同心

圆环。

结晶度（DegreeofCrystallizing）

结晶度

——试样中结晶部分的重量百分数或体积百分数。

①重量百分数②体积百分数

ivV

——X100%X：=―—X100%

吗+吗匕+匕

W----重量

V——体积

c----crystalline（结品）

a----amorphous（无定形）

绮晶度

在部分结晶的高聚物中，晶区和非晶区的界限不明确，

无法准确测定结晶部分的含量，所以结晶度的概念缺乏明

确的物理意义。

结晶度的数值随测定方法的不同而异。

不同的测试方法测得的结晶度差异很大，有X射线衍射

法、红外光谱法、密度法、量热法等。

提及聚合物的结晶度是必须指明所使用的测试方法。

聚合物结晶度的测试方法

密度法（最常用，最简单的方法）：

原理：分子链在晶区的堆砌密度大，所以晶区密度大，比容

小；分子链在非晶区的堆砌密度小，非晶区密度小，比容大。

y_P-Pg

X射线衍射法：Pc-Pa

原理：部分结晶的高聚物中结晶部分和无定形部分对X射线衍

射强度的贡献不同，利用衍射仪得到衍射强度与衍射角的关系

曲线，再将衍射图上的衍射峰分解为结晶和非结晶两部分。

4II

力二十），10°%之+力=1

27

峰面积峰强度

无定形态:

无定形区是由因构象复杂而未能结晶的分子和由于分子量的差

异而被排斥于微晶之外的分子,以及束缚分子等组成。分子链平行

有序排列的为结晶区，松弛不规则聚集的为无定形区。⑷

无定形固体又称无定形体或玻璃体。其内部原子或分子的排列

无周期性,如同液体那样杂乱无章地分布，可看作过冷液体,如玻

璃、松香、明胶等。非晶态固体有如下通性;宏观性质具有均匀

性，这种均匀性来源于原子无序分布的统计性规律；物理性质一般

不随测定方向而变，称为各向同性;不能自发地形成多面体外形;

无固定的熔点；由于无周期性结构，不能对X射线产生衍射效应。

玻

形璃

化高弹平台转

变转

W变

性

区

固

体7

由玻璃态向高弹态发生突变的区域，叫玻璃化转变

区。玻璃态向高弹态转变的温度称为玻璃化转变温

度(Glasstransitiontemperature,Tg)o由高

弹态向粘流态发生突变的区域叫粘流转变区，转变

温度称为粘流温度(Tf)o

40

I第三章

加聚反应：是指单体经过加成聚合形成高分子聚合物的反应。此

类反应所得产物的元素组成与其单体相同，只是电子结构有所变

化，且加聚物的分子量是单体的整倍数。通过这种反应所生成的聚

合物被称之为加聚物。烯类、快类、醛类等含有不饱和键的单体，通

常发生加成聚合反应。例如:药用辅料聚乙烯毗咯烷酮的制备。

缩聚反应：是指单体间通过缩合反应，

脱去小分子，聚合成高分子的反应。这类反应所得产物被称为缩聚

物。缩聚物的化学组成与单体不同，其分子量也不是单体的整倍

数。大多数杂链聚合物是由缩聚反应制备的，例如：聚酯、聚酰胺

等。通常它们的缩合键易被水解、醇解，不太稳定。

自由基聚合：是单体经外因作用形成单体自由基活性中心，再与

单体连锁聚合形成聚合物的化学反应。其突出特点是反应开始时必

须首先产生自由基活性中心。

聚合反应所使用的单体可经多种途径引发而生成自由基，例如：烯

类可在热、光或高能辐射(a、8、r射线等)作用下直接形成自由

基。此外，工业上还广泛采用化学引发剂来引发形成自由基活性中

心并进行聚合反应。

引发剂：引发剂(initiator)是在一定条件下能打开碳-碳双键进

行连锁聚合的化合物。引发剂主要有两类：

1)在聚合条件下分解出初级自由基，引发单体进行自由基聚合；

2)在聚合条件下分解出阳离子或阴离子，引发单体进行阳离子或阴

离子聚合。

自由基聚合引发剂一般结构上具有弱键，容易分解成自由基。通常

它可分为热分解型引发剂和氧化还原型引发剂两种类型。

(2)；在过氧化型引发

剂中加入少量还原剂所组成的体系称之为

氧化还原型引发剂。这里还原剂的作用是

降低氧化剂分解的活化能，从而提高引发

和聚合速度，降低聚合温度，减少聚合副

反应。

其中：的过氧化引发剂，常选用

水溶性的还原剂；而的过氧化引发

剂则宜选用水不溶型还原剂。乳液聚合常

采用氧化还原体系的引发剂。

A<KJ/UM>O

过货化氯u=2315138040,1146043221&fm=23&gp;仃11T.T

过Sift8&W—2SOJ140.3

鼻丙茎过氨化复

。--。一。TL125・。

CH,

+9H

过气化氨一IK化互被H8H+13―HO+JV+OH-S9.4

过稔■"一I化JE快SO.A+"•-SOk+SO."4-1V*W.7

、""+HSO「—SOJ+SOJ・+HMV41.«7

畀为挚过氧化，一氯化互铁CH.5。・7

-C-OOH+13•

2出

CU.

o-1・+OH―JV

Cllt

自由基聚合反应机理：链增长、链终止、链转移

自由基聚合反应特征：慢引发、快增长、速终止

缩聚反应(condensationpolymeri-zation)是由两个或以上官能

度(degree

offunctionality)的单体分子间逐步缩合形成的聚合物，同时析

出低分子副产物的反应，是合成聚合物的重要反应之一。缩聚反应

按照生成聚合物的结构不同可分为线型缩聚反应和体型缩聚反应两

类。

其中线型缩聚是指参加反应的单体只具有两个官能度，单体分子间

官能团相互反应脱去小分子沿着两个方向增长成大分子，得到线型

聚合物。若参加反应的单体有三个或以上的官能度，则可在这种单

体上沿三个方向增长成大分子，形成支链聚合物。该支链聚合物间

又经过缩合并联成网状结构，这种聚合物成为体型聚合物。体型聚

合物具有不溶解、不熔融的性质。

官能度和平均官能度

参加反应的单体分子所携带的官能团数叫做该单体的官能度，以藻

zj\O

例如，乙二醇，两个羟基官能团，共2；

己二酸，两个竣基官能团，於2；

丙三醇，三个羟基官能团，於3；

季戊四醇，四个羟基官能团，於4。

平均官能度是参加反应的单体分子所携带的平均有效官能团数，以

表示。

反应程度和平均聚合度

缩聚单体中能进行缩合反应的基团称为官能团，缩聚反应就是通过

官能团之间的缩合反应来完成的。缩聚反应中，用已参加反应的官

能团数与初始官能团数的比值来描述聚合反应进行的程度，简称反

应程度，以隐示。

凝胶化现象和凝胶点

体型缩聚反应的基本特征是当反应进行到一定程度时，反应体系的

粘度突然增加，并且出现具有弹性的凝胶状物质，这种现象叫凝胶

化现象。

凝胶化现象出现时的反应程度称凝胶点，通常以行表示。

凝胶化现象反映了聚合物大分子形状的变化，凝胶点是聚合物由线

型转向体型的转变点。

自由基聚合反应的实施方法主要有：

1、本体聚合(bulkpolymerization)

2、溶液聚合(solutionpolymerization)、

3、悬浮聚合(suspensionpolymerization)、

4、乳液聚合(EmulsionPolymerization)、

5、界面聚合(InterfacacialPolymerization)和

6、辐射聚合(irradiationPolymerization)等。缩聚反应一般则选

择本体聚合(熔融缩聚)、溶液缩聚和界面缩聚的方式。

(一)本体聚合

聚合反应中不加其它介质，仅反应单体通过少量引发剂或在热、

光、辐照等的作用下进行的聚合反应。自由基聚合、离子聚合或缩

聚都可以采用这种方式进行。该法的优点是产物纯净、杂质少；但

由于体系粘度大、聚合热不易扩散、反应温度难于控制，所以有时

反应不均匀，且易发生爆聚现象。

(二)溶液聚合

将单体溶于溶剂中经引发剂引发聚合的方法称为溶液聚合。其中，

根据生成聚合物在该溶剂中的溶解情况不同又可以分为均相溶液聚

合和异相溶液聚合(沉淀聚合)两种情况。溶液聚合时温度容易控

制，体系中聚合物浓度低，所以不易发生支化，交联副反应。此

外，还可以通过溶剂的链转移反应以及溶剂种类和用量选择来调节

生成聚合物的分子量。但由于反应是在稀溶液中完成，所以聚合速

率慢、转化率不高、产物分子量较低，产物中的残留溶剂也比较难

于除去。

（三）悬浮聚合

在强烈搅拌和分散剂参与下，单体以液滴状态悬浮于水中，经引发

剂引发的聚合方法称为悬浮聚合。聚合体系通常由单体、引发剂、

分散剂、水四部分组成。

悬浮聚合实质上是借助于强烈搅拌和悬浮剂的作用，将单体分散在

单体不溶的介质（通常为水）中，单体以小液滴的形式进行本体聚

合，在每一个小液滴内，单体的聚合过程与本体聚合相似，遵循自

由基聚合一般机理，具有与本体聚合相同的动力学过程。

（四）乳液聚合

单体在乳化剂作用下，分散在水中形成乳状液，经引发剂引发的聚

合方法称为乳液聚合。其聚合体系由单体、分散介质、水溶性引发

剂（有时为油溶性）和乳化剂构成。其中：引发剂和少量单体溶于

水，构成水相；大部分乳化剂以胶束形式存在，胶束内增溶有一定

量单体，大部分单体经搅拌以液滴形式分散于水中，表面吸附乳化

剂分子，组成稳定的乳液体系。

聚合实施方法比较

实施方法本体聚合溶液聚合悬浮聚合乳液聚合

单体、引发

配方主要单体、引发剂、单体、引发剂、

单体、引发剂剂、分散剂、

成分溶剂乳化剂、水

水

聚合场所单体内溶剂内单体内胶束内

自由基聚合一般容易向溶剂转移，能同时提高聚

类似本体聚

聚合机理机理，聚合速度聚合速率和聚合合速率和聚合

合

上升聚合度下降度都较低度

传热容易。可

设备简单，易制传热容易.

传热容易，可连连续生产.产

备板材和型材，间歇法生产,

生产特征续生产.产物为物为乳液状，

一般间歇法生产，后续工艺更

溶液状。制备成固体后

热不容易导出杂

续工艺复杂

分子量较小，分较纯净，留留有乳化剂和

聚合物纯净。分

产物特性布较宽.聚合物有少量分散其他助剂，纯

子量分布较宽

溶液可直接使用剂净度较差

第四章

溶解

溶质分子通过分子扩散与溶剂分子均匀混合成为分子分散

的均相体系。

，①分子量大且具多分散性

由于高分子结构<②分子的形状有线型、支化、交联

的复杂性r非晶态

‘③高聚物聚集态Yf非极性|

、晶态"

I极性

因此高分子溶解比小分子要复杂得多。

聚合物溶解过程的特点

1.溶解过程缓慢，且先溶胀再溶解

由于大分子链与溶剂小分子尺寸相差悬殊，扩散能力不同，加之原

本大分子链相互缠结，分子间作用力大，因此溶解过程相当缓慢，

常常需要几小时、几天，甚至几星期。

溶胀现象

溶解过程一般为溶剂小分子先渗透、扩散到大分子之间，削弱大分

子间相互作用力，使体积膨胀，称为溶胀。

然后链段和分子整链的运动加速，分子链松动、解缠结；再达到双

向扩散均匀，完成溶解。

为了缩短溶解时间，对溶解体系进行搅拌或适当加热是有益的。

2.非晶态聚合物比结晶聚合物易于溶解

非晶态聚合物分子链堆砌比较疏松，分子间相互作用较弱，因此溶

剂分子较容易渗入聚合物内部使其溶胀和溶解。

通常需要先升温至熔点附近，使晶区熔融，变为非晶态后再溶解。

结晶聚合物的晶区部分分子链排列规整，堆砌紧密，分子间作用力

强，溶剂分子很难渗入其内部，因此其溶解比非晶态聚合物困难。

结晶高聚物一非晶态一溶胀一溶解

3.交联聚合物只溶胀，不溶解

交联聚合物分子链之间有化学键联结，形成三维网状结构，整个材

料就是一个大分子，因此不能溶解。

但是由于网链尺寸大，溶剂分子小，溶剂分子也能钻入其中，使网

链间距增大，体积膨胀材料(有限溶胀)。

根据最大平衡溶胀度，可以求出交联高聚物的交联密度和网链平均

分子量

r极性

结晶聚合物

1一-----1非极性

极性有时室温下可溶于强极性溶剂，例如聚酰胺室温下

可溶于苯酚•冰醋酸混合液。这是由于溶剂先与材料中的非

晶区域发生溶剂化作用，放出热量使晶区部分熔融，然后

溶解。

非极性室温时几乎不溶解，需要升高温度甚至升高到Tm

附近，使晶态转变成非晶态，进而溶胀溶解。

高聚物溶解过程的热力学解释

溶解过程是溶质和溶剂分子的混合过程，在恒温恒压下，过程能自

发进行的必要条件是混合自由能△GmVO,ASm和AHm分别为混合燧

和混合热熔。

因为在溶解过程中，分子排列趋于混乱，端是增加的，即ASm〉。。

因此AGm的正负主要取决于AHm的正负及大小。有三种情况：

(1)若溶解时AHinVO,即溶解时系统放热，必有AGniVO,说明溶

解能自动进行。通常是极性高分子溶解在极性溶剂中。

(2)若AHm〉。，即溶解时系统吸热，此时只有当加热溶解才能自动

进行。显然AHm~O和升高温度对溶解有利。

(3)若溶解时即溶解时系统无热交换，必有AGniVO,说

明溶解能自动进行。通常是非极性高分子溶解在与其结构相似的溶

剂中。

溶剂选择原则

根据理论分析和实践经验，溶解聚合物时可按以下几个原则选择溶

剂：

1.极性相似原则。

2.溶解度参数相近原则。

3.广义酸碱作用原则（溶剂化）。

广义酸碱作用原则（溶剂化原则）

一般来说，溶解度参数相近原则适用于判断非极性或弱极性非晶态

聚合物的溶解性，若溶剂与高分子之间有强偶极作用或有生成氢键

的情况则不适用。

例如聚丙烯睛的5=31.4,二甲基甲酰胺的6=24.7,按溶解度参数

相近原则二者似乎不相溶，但实际上聚丙烯睛在室温下就可溶于二

甲基甲酰胺，这是因为二者分子间生成强氢键的缘故。这种情况

下，要考虑广义酸碱作用原则。

溶剂化作用：

是指溶质和溶剂分子之间的作用力大于溶质分子之间的作用力，以

致使溶质分子彼此分离而溶解于溶剂中。

凝胶的结构和性质

凝胶：溶胀的三维网状结构高分子，在高聚物分子间相互连接，形

成网状结构，网状结构空隙中填充了液体介质的分散体系。

水凝胶：液体介质为水，由水溶性或亲水性高聚物组成。吸水性强,

保水性能强,一般压力难以将水排除。

凝胶的分类

A、依照交联键性质分类

化学凝胶：大分子经单体聚合或化学交联通过共价键连接。不溶不

熔，结构稳定，不可逆凝胶

物理凝胶：大分子间通过氢键或范德华力相互连接。外界条件改变,

物理链破坏，凝胶重新形成链状分子溶解在溶剂中成为溶液，可逆凝

胶

B、依照凝胶含液量分类

冻胶(Jelly)：含液量90%以上，网络中溶剂不能自由流动，呈现

弹性半固体状态

如琼脂冻胶(99.8%)

冻胶脱水(液)可转换为干凝胶。

干凝胶(xerogel)：含液量15%以下，吸收液体膨胀变为冻胶

水凝胶的性质：

触变性、溶胀性、环境敏感性、粘附性

溶胀性：凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象。

阶段一：溶剂分子钻入凝胶中形成溶剂化层。

阶段二：液体分子继续渗透，凝胶体积大大增加。

溶胀度：一定温度下，单位质量或体积的凝胶所能吸收液体的极限量。

环境敏感性

定义：对温度或环境因素的变化刺激有明确或显著应答的凝胶。

黏附性

黏附或称黏着或黏接，一般指的是同种或两种不同的物体表面相

黏接的现象。在现代新型的药物制剂中，为了通过黏附作用达到长

效、缓释和靶向给药的目的，往往使用聚合物水凝胶，以达到在生

物体上黏附的目的。

J药物经水凝胶的传递机制

□■扩散控制

-贮库型（包衣）、骨架型

一药物释药量：浓度、扩散系数

■溶胀控制

-药物分散在玻璃态聚合物中，玻璃态时不能扩

散

-当聚合物吸水溶胀成黏弹态时，药物开始扩散

一药物释药速率：取决于凝胶的溶胀速率

L平均分子量的定义

假设一个高聚物总共有n个分子质量为w

其中分子量大小不同的有7〃/"二7%................

对应分子量为Af,的分子数有小，?"?3...........

分子量为R%的质量是"M'143M3.................M；

分子量为河，的分子的质量占总质量的分数为

www.........ww

分子量为河的分子数占总分子数的分数为

^2J}37%7?，，

ZZZ..........ZN

则这些量之间存在下列关系：

n_____________

n

V7?,=nZw,=w—=乂上=冏

i，〃1V

£Ni=lZ叱=1%=iijMj

ii

常用的统计平均分子量有以下几种：

（）

1数均分子量Mn：以数量为统计权重的平均分子量。

可FA

重均分子量应：：以重量为统计权重的平均分子量。

~^7_XW<M<

亚=y七-=弋一=Z%M

XM，«，

(3)z均分子量AT：以z值为统计权重的平均分子量。

Z〃M

4/__j______j_________

'：E---Z叫MZ〃M

iii

(4)粘均分子量M；：用稀溶液粘度法测得的平均分子量。

—>〃网"

Mv二(鼻一一严二(与l—产一般a在0.5〜0.9之间

X叫L〃M

对于一般的合成聚合物，可以看成是若干同系物的混合

物，各同系物分子量的最小差值为一个重复单元的重量，

这种差值与聚合物的分子量相比要小几个数量级，所以可

当作无穷小处理。并且同系物的种类数是一个很大的数目，

因此，其分子量可看作是连续分布的。

对于一定的体系，组分的分子分数和质量分数与组分的

分子量有关，可把它们写成分子量的函数N(M和,这

样，以上公式又可写成积分形式：

N(M)称为分子量的数量微分分布函数。

阳M)称为分子量的质量微分分布函数。

--广8

_________Mn=fN(M)MdM=——^―——

J。r^ldM

JoM

—rW{M}M2dM

M.=--------------------

IW(M)MdM

Jo

如果已知N(M)和W(M},就可以通过上面的关系式求出

试样的各种平均分子量。

平均分子量测定方法

化学法：端基分析法。

热力学法：利用稀溶液的依数性一溶液的某些性质的变化与溶质的

分子数目成正比关系。

膜渗透压法、蒸气压法、沸点升高法和冰点下降法等。

动力学法：粘度法、超速离心沉降法。

光学法：光散射法。

凝胶渗透色谱法(GPC法)，该方法通过测定聚合物分子量分布求得平

均分子量。

胶束作为药物载体的优点：

增溶难溶药物

提高生物利用度

EPR效应

亲水外壳的合理设计可具有长循环作用

靶向性

可以大量制备。

小分子表面活性剂胶束的缺点

在水性环境中热力学不够稳定，稀释后容易解聚，胶束在体内血

液环境中不稳定，如在静注后受血容量的影响会解缔合。

寻找一类在低CMC值能形成更稳定胶束的新的表面活性剂分子十分

必要。

Cmc（临界胶束浓度）：

胶束开始出现时的两亲性分子单体浓度。（高分子的胶束浓度成为

cac）

聚合物胶束的材料

一般用嵌段聚合物，通常用线形嵌断共聚物，其亲水区的材料主要

是聚乙二醇（PEG）、聚氧乙烯（PEO）或聚乙烯毗咯烷酮（PVP）,

构成疏水区的材料主要是聚氧丙烯、聚苯乙烯、聚氨基酸、聚乳

酸、精胺、短链磷脂等。这两类材料可以构成各种二嵌断（AB）或

三嵌断（BAB）两亲性共聚物。由于合成时可以控制亲水段和疏水段

共聚物。要能形成比较稳定的胶束，PEG段的分子量通常在1000^15

000范围，而疏水段的分子量与此相当或稍小。文献中也有用两个亲

水聚合物共聚，再在其中之一接上疏水药物（如紫杉醇、顺箱或疏

水的诊断试剂等）形成疏水核芯。

聚合物胶束形态

两亲性嵌段AB型共聚物：

当亲水嵌段长度》疏水嵌段时、形成球状胶束：

疏水链段组成烧核，亲水链段包裹在外围形成冠状胶束表面。

亲水段过长共聚物将以单体形式存在，疏水段过长将形成类似棒

状或片状的非胶束形态。

聚合物胶束的制备方法

分直接溶解法和透析法两种。水溶性较好的材料（如pluronics类）

可直接溶解于水（可加热溶解），浓度超过溶解度后即可形成透明

的聚合物胶束溶液。水溶性差的材料必须同时使用有机溶剂，先在

有机溶剂（或含水的混合溶剂）中溶解，再透析除去有机溶剂，可

制得聚合物胶束。

载药聚合物胶束制备方法与聚合物胶束类似，有的很简单，将材料

（如表面活性剂）先在水中溶解、分散，再加入疏水性药物的适当

溶液搅拌即成。此外有以下方法。

（一）物理包裹法

1.自组装溶剂蒸发法将材料与药物溶于有机溶剂中，再逐渐加到搅

拌的水中，形成聚合物胶束后，加热将有机溶剂蒸发除去，即得。

2.透析法将两亲性聚合物溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）＞二甲基

亚碉（DMSO）或N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）中，溶解后加入难溶于水

的被载药物，搅拌过夜，再将混合溶液置透析袋中，用水透析59h,

透析后冷冻干燥即得。如用两亲性嵌断共聚物聚乙二醇-聚谷氨酸节

酯作材料，同药物蔡普生一起溶于DMF（或THF）中，60℃保温，转

至透析袋中用水透析，定时换水后，将被透析液离心，上清液0.45

m微孔过滤，即得票普生胶束，粒径35〜245nm,其中较大者外壳

厚度约20nm。共聚物中疏水段愈长者粒径愈大（同时对蔡普生增溶

的效果亦愈大），用THF作溶剂者粒径远小于用DMF者，共聚物/溶剂

比愈大者粒径也愈大。

3.乳化-溶剂挥发法将难溶药物溶于有机溶剂，同时将聚合物以合适

方法制成澄清的聚合物胶束水溶液，再在剧烈搅拌下将有机溶液倒入

聚合物胶束溶液中，形成0/W型乳状液，继续搅拌使有机溶剂挥发,

滤去游离的药物及其它小分子后，冷冻干燥即得。此法所得的聚合物

胶束载药量比透析法略高。

（二）化学结合法

利用药物与聚合物疏水链上的活性基团发生化学反应，将药物共价结

合在聚合物上，所制得载药聚合物胶束，可有效避免肾排泄及网状内

皮系统的吸收，提高生物利用度。但本法需要有能够反应的活性基团，

应用上受到限制。

•力学行为：

施加一个外力在材料上，材料所发生的形变（响应）。

•内力、应力（。）：

材料为反抗外力，力求使自己保持原状而产生的一种与外力相平衡的

力，是内力。与外力大小相等，方向相反，单位面积上的这种平衡力

为应力。

•形变：

材料的变形值。

・应变（£）：

在应力作用下，单位长度（面积、体积）所发生的形变。

•弹性模量：

简称模量。是引起单位应变所需的应力。是材料刚硬度的一种表

小。用E表示。

E=o/E

典型高聚物的拉伸应力-应变曲线

A：弹性极F艮(point

ofelasticlimit)

OAj弹性强庆板F艮

6

£:弹性伸长极F艮

OGAa

Y：屈月艮点(yielding

point)

。丫：屈服强度

£丫：屈服伸长率

B：断裂&、

oB：断裂强度

年：断裂伸长率

图中注意的点有:

A：弹性极限

Y：屈服点

曲伏强度断裂强度

力学松弛或脚单现象

高聚物力学性质随时间而变化的现象称为力学松

弛或粘弹现象

若粘弹性完全由符合虎克定律的理想弹性体和符

合牛顿定律的理想粘性体所组合来描述，则称为

线性粘弹性Linearviscoelasticity

r静态粘弹性蠕变、应力松弛

粘弹性分类1

：动态粘弹性滞后、内耗

(i)普弹形变(片)：

聚合物受力时，瞬时发

生的高分子链的健长、键角

变化引起的形变，形变量较

小，服从虎克定律，当外力

除去时，普弹形变立刻完全

回复。

(ii)高弹形变(£?)；Highelasticdeformation

黯版力贰嵩务子链通过链段运动产生的形

变，形变量比普弹形变大得多，但不是瞬间完成，形

变与时间相关。当外力除去后，高弹形变逐渐回复。

受力时发生分子链的相对位移，外力除去后粘

性流动不能回复，是不可逆形变。

/\\^~3-a~°-e_s^-s-

应力松弛：

在恒温下保持一定的恒定应变时，材料的应力随实践而逐渐减小的力

学现象。

其影响因素主要有:

影响应力松弛的主要因素有温度和交联

温度：温度对应力松弛的影响较大。T2Tg时，链运动受到内摩擦

力很小，应力很快松弛掉。TWTg时，如常温下塑料，虽然链段受到

很大应力，但由于内摩擦力很大，链运动能力较弱，应力松弛很

慢，几乎不易察觉，只有Tg附近几十度范围内，应力松弛现象才较

明显。

交联：橡胶交联后，应力松弛大大地被抑制，而且应力一般不会

降低到零。其原因：由于交联的存在，分子链间不会产生相对位

移，高聚物不能产生塑性形变。

和蠕变一样，交联是克服应力松弛的重要措施。

牛顿流体：一般为低分子的纯液体或稀溶液

非牛顿流体：乳剂、混悬剂、高分子溶液、胶体溶液、软膏

塑性液体：乳剂、混悬剂、单糖浆、涂剂

假塑性流体：某些亲水性链状高分子溶液及微粒分散体系处于絮凝状

态的液体。

第五章

天然药用高分子材料的分类

1化学组成：多糖类和蛋白质类等

2原料来源：淀粉、纤维素、甲壳素、胶原蛋

白及其衍生物

3加工制备：天然、生物发酵酶催化、衍生物

飞豫直链淀粉和支链淀粉的性质区别

一性质直链淀粉支链淀粉

0分子连接a-1,4糖昔键a-1,4和a-1,6键

0分支状况线状多聚体多分支的多聚体

一分子量2.4万~165万2000万-5亿

―水中构象卷曲成螺旋状多分枝，侧链卷曲

0冷水溶解性不溶可溶

♦冷却后老化容易老化不易老化

0凝胶能力强凝胶能力弱或不能凝胶

0与碘反应棕蓝色蓝紫色

0吸附脂肪能力强能力差

淀粉糊化

定义：

直一支不分离，过量水，60-80℃,颗粒可逆吸水膨胀，至某一温

度时，整个颗粒突然大量膨化、破裂，晶体结构消失，变成粘稠的

糊，停止搅拌立即下沉

本质：

水分子进入淀粉粒中，结晶相和无定形相的淀粉分子之间的氢键断

裂，破坏了缔合状态，分散在水中成为亲水性胶体。

直链淀粉比例大，糊化困难.

淀粉回生（老化、凝沉一B淀粉0-4℃）

定义：

淀粉糊或稀溶液在低温静置一定时间，变成不透明的凝胶或析出沉

淀

本质：

温度降低，糊化淀粉分子运动速度减慢，直一支平行排列，互相靠

拢一氢键一混合三维网状微晶束，与水亲和力降低

低浓度一沉淀

高浓度一氢键作用，分子自动排序一致密三维网状凝胶体

预胶化淀粉

是用化学法或机械法将淀粉颗粒部分或全部破裂，使淀粉具有流动

性及直接可压性。

预胶化淀粉为改性淀粉，系白色或类白色适当粗到细的粉末，无

臭、微有特殊口感，在制药领域常用作口服片剂和胶囊剂的粘合

剂、稀释剂和崩解剂。

淀粉比较常用的是玉米淀粉为片剂最常用的辅料。淀粉的可压性较

差，若单独作用，会使压出的药片过于松散。。

可压性淀粉亦称为预胶化淀粉，具有良好的流动性、可压性、自身

润滑性和干粘合性，并有较好的崩解作用。

糊精：

0(3)水解一糊精

0制法：