缓蚀剂的研究与应用

缓蚀剂的研究与应用

缓冲剂是指以适当的浓度和形状存在于环境（介质）中的化学品或复合材料，防止或缓解腐败。它的开发和应用在工业水处理、石油天然气开采和精炼、机械、化工、交通、航空和航空等部门发挥着重要作用。然而，由于许多缓慢剂的不成熟，如污染、毒性高、疗效低、药物和环境条件下的副作用，这不仅极大地限制了抗癫痫药物的广泛应用，而且其缓冲剂的特性也不能充分考虑。此外，基本上，使用是连续的，药物可以通过完整性和腐蚀系统的相互接触而发挥作用，造成大量不必要的浪费。如果在一定的技术条件下将其转化为一个微囊，可以有效地克服上述不足，并具有许多传统药物的缺点：1）防止剂在腐败环境中失去活力，提高有效利用率，延长剂的使用寿命，提高药物的稳定性。3）减少剂的复合性能。4）有效覆盖化学品的副作用，使使用更安全。5）液体药品可以通过特定的载体硬化，储存和运输，并可应用于各种防腐涂层和塑料的耐候性抗剂。6）具有缓解或控释性。1微胶囊的制备微胶囊技术是近30年来发展起来的新工艺.通称微型包囊术(microencapsulation),简称微囊化,系利用天然或合成的高分子材料(统称为囊材)作为囊膜壁壳(membranewall),将固态药剂或液态药剂(统称为囊心物)包裹而成药库型微型胶囊,简称微囊(microcapsule),也可使药剂溶解或分散在高分子材料基质中,形成基质型(matrixtype)微小球状实体的固体骨架物称微球(microsphere).1954年,Green和Shleicher首先将此技术用于制造压敏式无炭复写纸.此后,微胶囊技术逐渐发展到众多领域.德国的Kranz,HelmutW将微胶囊技术应用于含有活性氧的漂白剂和洗涤剂.Yoshimoto,Masahiro等成功研究出了一种可以用于农业化学品、化妆品的微胶囊制备工艺.美国的Mosier,Benjamin通过乳胶体的凝聚作用制备微胶囊取得成功.医学领域的工作者们对高分子微胶囊的药物释放体系、制备微胶囊的高分子材料和微胶囊的制备方法进行了初步的探讨.缓蚀剂微胶囊由于有许多传统药剂无法比拟的优点和良好的应用前景,开始受到重视.Tamai,Yasuo等发现将易挥发的除锈剂制成微胶囊可以在相对高温环境中延长发挥效率的时间.有研究发现可将含有防锈剂的微胶囊制成具有抑制腐蚀、硬度好和有自修复能力的金属涂层.缓蚀剂胶囊也可以用于电镀涂层.Ransome,JohnG研究发现缓蚀剂和颜料用聚甲基丙烯酸酯密封制成胶囊后,由于Zn微粒或ZnCrO4微粒可以很好的分散在聚甲基丙烯酸酯中,由此制得的电镀涂层具有导电性,并提高其抗腐蚀性能.Cabasso,Israel成功研制了一种离子交换微胶囊.它一旦暴露在润湿环境或水溶液中,水迅速扩散到微胶囊中,建立Donnan交换机制,可以从微胶囊中交换出有效缓蚀成分.但相关的研究,国内刚起步.2微胶囊生产技术2.1微胶囊的合成微胶囊制备过程可以分为三类:1.基于凝固相的分离制备微胶囊.通过在一个不能混合的连续相中乳化或分散核心物质(如缓蚀剂)来制备微胶囊.在这个连续相中,涂层聚合物(壁)是可溶的,这样,聚合物可以从连续相中用物理方法分离出来,沉淀在核心微粒周围.当两种不能配伍的聚合物溶解在某种常见溶剂中时,聚合物自发的分为两相,每一相包含一种原聚合物.当一种不溶于这种溶剂的囊心物质分散在这个系统中时,两相中的某一相优先被分散的囊心物吸收,于是这个相吞噬囊心物形成embrayo微胶囊,微胶囊壁可以通过添加非溶剂或化学交叉耦合使之凝固.2.基于界面反应制备微胶囊.同样,通过在一个不能混合的连续相中乳化或分散核心物质(如缓蚀剂)来制备微胶囊.界面聚合反应将发生在核心微粒的表面上.界面聚合反应非常适用于制备微胶囊,快速Shotten-Baumann缩聚反应是微胶囊技术的基础.界面聚合过程的第一步是形成乳胶体.然后是两相中两个聚合单体的生成.如果乳胶体是油溶性的就可以实现不溶于水的密封作用,同样,水溶性的密封作用可以在油溶性乳胶体中实现.这个技术不能用来密封固体,但可以用来密封分散在液体中的固体.应注意到此过程是通过抑制剂与乳胶体反应来形成胶囊壁,有抑制剂溶解的局限性问题.3.水相分离.包括复杂的凝聚作用.界面的凝聚作用和内环境中界面聚合凝聚作用都广泛地用于亲油物质的微胶囊的合成过程,这个过程的最终产物为缓蚀剂微胶囊的水分散物.在相分离过程中,配位体(络合物)的凝聚作用发生在水介质中,用于密封水溶性或非水溶性液体.被密封的非水溶性物质通常分散在水溶性的聚合体溶液,如凝胶中,再加入络合物聚合体的水溶液,如阿拉伯胶,pH值和温度调整到可以形成液态凝聚物,这个凝聚物吸收核心物质形成初期的微胶囊.再一次调整温度,使初期微胶囊可以交叉联结形成最终产物.干燥后形成自由流动的粉末,胶囊尺寸在5到1000μm之间,胶囊中活性成分的含量可以达到80%～95%.2.2生产技术微胶囊的制备可归纳为物理化学法、物理机械法和化学法三大类:2.2.1复凝聚法是相分离法中较为常用的一种,可分三步:在高分子囊材溶液中将药物溶解或分散成混悬液或乳状液;降低温度、调节pH或加入脱水剂、非溶剂等凝聚剂,以降低高分子材料的溶解度,使高分子材料从溶液中析出,形成新的凝聚液球或凝聚相中的高分子沉积在囊心物上,并铺展成膜形成微囊;固化.以明胶为例,将药物分散在明胶溶液中,然后加入凝聚剂,由于明胶分子水合膜的水分子与凝聚剂结合,使明胶的溶解度降低,分子间形成氢键,最后从溶液中析出而凝聚形成凝聚囊.是使用两种带相反电荷的高分子材料,互相交联形成复合囊材,溶解度降低,可将囊心物包裹在内,析出.以明胶与阿拉伯胶为例,将明胶溶液pH值自等电点以上调至等电点以下使之带正电(pH4.0～4.5),而阿拉伯胶仍带负电,由于电荷互相吸引交联形成正、负离子的络合物,溶解度降低而凝聚成囊.复凝聚法是经典的微囊化方法,操作简单,适合于难溶性药物的微囊化.是在囊材溶液中加入一种对囊材不溶的溶剂(非溶剂),引起相分离,而将药物包裹成囊的方法.药物可以是固态或液态,但必须在溶剂和非溶剂中均不溶解,也不起反应.疏水囊材用有机溶剂溶解后可与囊材混合,亲水性药物不溶于有机溶剂,可混悬或乳化在囊材溶液中,然后加入争夺有机溶剂的非溶剂,使材料降低溶解度而从溶液中分离,过滤,除去有机溶液即得微囊.本法不加凝聚剂,通过控制温度成囊,根据不同的囊材可先在高温下溶解,后降温成囊,或先制成W/O型乳状液,再升温使其固化.是从乳状液中除去分散相挥发性溶剂以制备微囊的方法.液中干燥法的干燥工艺包括两个基本过程:溶剂萃取过程(两液相之间)和溶剂蒸发过程(液相和气相之间).2.2.2囊心物微囊制备用于固态或液态药物的微囊化,粒径5μm～600μm.先将囊心物分散在囊材的溶液中,再用喷雾法将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形,进行干燥固化.如囊心物不溶于囊材溶液,可得到微囊,如能溶解,可得到微球.将囊心物分散于熔融的囊材中,再喷于冷气流中凝聚而成囊的方法.利用垂直强气流使囊心物悬浮在包衣室中,囊材溶液通过喷嘴喷射于囊心物表面,使囊心物悬浮的热气流将溶剂挥干,囊心物表面便形成囊材薄膜而得微囊.利用圆筒的高速旋转产生离心力,由导流坝不断溢出囊材溶液形成液态膜,囊心物(液态或固态)高速穿过囊材的液态膜形成微囊,再经过不同的方法固化得到微囊.2.2.3化学法是利用溶液中的单或槽反应形成微囊的方法。它的特点是没有凝聚剂。通常先制备w-o型乳浊液，然后利用反应反应来硬化反应在分散相(水相)与连续相(有机相)的界面上发生单体的缩聚反应.将明胶在乳化状态下,经λ射线照射发生交联,再处理制得粉末状微囊.3生产技术的总结3.1活性成分控制释放有关控释科学与技术,最早的专利说明发表于1949年,是基于杀虫剂在强吸收剂如硅胶、云母、活性炭作用下的解吸作用.现在绝大多数控释系统采用如在速度可控制的介质中扩散,障碍物质的被侵蚀或降解,化学反应的逆向进行等技术.控释原理的一个中心问题是以最简单的方法将活性剂和它的载体混合在一起,满足最适合环境的释放曲线.在绝大多数情况下,最想得到的释放曲线是活性剂的平均输送速度与化学动力学相似,满足零级定律.控释技术可以分为以下两种类型.1.聚合物(膜)密封技术.速度控制膜完全包围成一个腔体,内部包容可能会散消失或溶解的活性成分.膜可以是多孔的也可以是非多孔的.悬浮的活性物质可以在腔体中保持持久的活性,直到剩余部分通过膜被取走,根据费克扩散定律这个系统可以得到稳定的扩散速度.2.基体法,在这一方法中,没有膜存在,活性物质分散在载体(通常为一种聚合物)中.基体法根据试剂释放机制可以分为两类:Ⅰ扩散控制释放.活性成分通常在载体中有一定的活动能力.它的释放取决于适宜的外部环境.释放的特点由其在基体中的扩散,基体的侵蚀或两者的综合作用所控制.Ⅱ环境试剂的内移而触发.试剂可能由物理作用或化学作用在基体中扩散.在这种情况下,试剂最初不能动,因为物理扩散只能引起非常小的扩散速度.它的释放可以由某些环境试剂的渗入而触发,如水的渗入.这种情况将导致化学反应来释放这种试剂.释放速度由渗入的环境试剂或它产生的反应或某些合成物控制.准确的释放速度公式取决于系统的各个细节,基体保持物理完整.3.2成岩药物释放动力学1.通过膜的作用来控制释放的系统,其扩散速度遵循费克扩散定律:dM/dT=(A/h)×D×(Cs-K×Ce)(1)式中A和h是尺寸因素,A是膜的表面积,h是扩散厚度,D是聚合物中抑制剂的扩散系数,Cs是抑制剂在膜中的饱和溶解度,K是抑制剂在聚合物和环绕装置的过滤介质之间的分散系数,Ce是释放到环境中的抑制剂的含量.溶解度和分散系数可以通过热力学方法得到,抑制剂分子的运动(由扩散常数表示)是一个由尺寸、形状、抑制剂极性和扩散介质的形态所决定的动力学参数.因此,如果抑制剂被一层惰性膜包围,且在胶囊中含量保持恒定,释放过程就符合零级动力学过程,即释放速度为常数.如果是球形胶囊,方程(1)就可以推导为:dMt/dt=4Лr0riD(Cs-CeK)/(r0-ri)(2)2.基体胶囊系统在非侵蚀基体胶囊中,抑制剂分散或溶解在控制速度的聚合物基体中.抑制剂首先从胶囊的表面层释放,抑制剂扩散到表面的深度随时间增加,这样,系统就降低了释放速度.释放动力学遵循两种模式,将取决于抑制剂的释放是由溶解还是扩散决定.对于一个抑制剂溶解于半径为r0的球形胶囊中的系统而言,费克定律描述释放速度的公式由方程(3)和方程(4)给出:d(Mt/M0)/dt=6{Dt/r0r0Л}1/2-3Dt/r0r0(3)d(Mt/M0)/dt=1-(6/(Л×Л))exp{-Л×ЛDt/r0r0}(4)方程(3)是描述初期的可能状态,在Mt/M0<0.5时才适用.方程(4)是描述后期的可能状态,在Mt/M0>0.5时才适用.如果抑制剂在球形胶囊中是分散而不是溶解,释放动力学将发生变化,释放速度由方程(5)给出:d(Mt/M0)/dt=3CsD/(C0r0r0)×(1-(Mt/M0)1/3)/(1-(1-(Mt/M0)1/3)))(5)它适用于全过程.球形基体胶囊抑制剂完全分散的时间t∞可以表示为:t∞=r0r0c0/6Dcs(6)如果抑制剂作为单一贮藏物包裹在球形可降解膜里,就像在某一微胶囊里,释放的机制可能是屏障膜的侵蚀或破裂引起的,各种传输模型,包括最需要的连续释放模型均可以通过将合适壁厚的微胶囊混合起来得以实现.与抑制剂溶解或截留的物理结合方式相反,化学结合使抑制剂通过一个特定的可辨别的化学链与聚合物结合在一起,当环境互相作用时,活性物质被释放出来,如通过水、空气、光、温度、压力或微生物的作用断开化学链.一般机制是:聚合物+抑制剂聚合的抑制剂化学反应中抑制剂的释放速度取决于聚合物的成分和环境介质,当水参与环境促进抑制剂的释放时,水解的速度取决于聚合体抑制剂中键的强度和性质.如一个酐连接的比酯或酰胺连接的更易水解.链的水解速度也取决于所包围的化学集团,疏水集团会抑制快速水解,非交键的聚合物比交键聚合物更易水解,无定形或无规立构的聚合物比立体规则或晶状聚合物更易水解.对于不溶的球形胶囊表面的多相反应抑制剂的释放速率由下面方程给出:dMt/dt=kh*4*Л*rc0(7)kh为水解反应的反应速度常数,c0为聚合体抑制剂中链的含量.4其他新型缓蚀剂由于缓蚀剂微胶囊可以调整缓蚀剂的释放时间,减少人工操作费用,延长药剂的使用期限;可以合理调整使用量;并可以降低或消除其给环境造成的副作用;可以使缓蚀剂的贮存稳定性大大提高,可以与许多添加剂复配,从而扩大缓蚀剂的应用范围等等.这样,它可以应用到许多工业领域.而且,许多按标准认为不合格的缓蚀剂品种,如果采用微囊化这一新技术,可制成符合标准的新型缓蚀剂.实际上,我们通