卡波姆981流變學(xué)性質(zhì)的研究*

孫士真，王亞靜，張德芹，田 慧，王艷明，彭淑娟

（天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津市現(xiàn)代中藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，天津 300193）

卡波姆981流變學(xué)性質(zhì)的研究*

孫士真，王亞靜，張德芹，田 慧，王艷明，彭淑娟

（天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津市現(xiàn)代中藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，天津 300193）

[目的]研究卡波姆981的流變學(xué)性質(zhì)，為其在制劑中的應(yīng)用提供參考。[方法]用Brookfield DV-ⅢULTRA流變儀測定不同條件下卡波姆溶液的黏度。通過與卡波姆934相比，對卡波姆981的流變學(xué)性質(zhì)進(jìn)行深入的探討。[結(jié)果]卡波姆981溶液屬于假塑性流體。卡波姆981對pH值、離子、機(jī)械剪切較敏感，對溫度不敏感。[結(jié)論]卡波姆981對溫度、離子、機(jī)械剪切的耐受性比卡波姆934要好。在制劑應(yīng)用時，可以參考各條件下的流變學(xué)性質(zhì)選擇合適的條件。

卡波姆981；黏度；流變學(xué)性質(zhì)

卡波姆（Carbopol）是丙烯酸鍵合烯丙基蔗糖或季戊四醇烯丙醚的高分子聚合物。它作為一種新型的高分子材料和優(yōu)良的藥用輔料，在制劑領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用[1-3]。根據(jù)聚合物的相對分子量及交聯(lián)度的不同，卡波姆分為多種型號，其性質(zhì)亦各不相同。其中，流變學(xué)性質(zhì)是卡波姆重要性質(zhì)之一，不同型號的卡波姆流變學(xué)性質(zhì)各不相同[4-6]。因此，對卡波姆流變學(xué)性質(zhì)的深入探討，對其在制劑的合理選用具有重要的指導(dǎo)意義。

筆者將卡波姆981應(yīng)用于中藥凝膠劑的制備取得了良好的效果，而目前尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于卡波姆981的流變學(xué)性質(zhì)的全面報道。黏度是反映流變學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)[7]，故本實(shí)驗(yàn)通過考察卡波姆981在pH值、溫度、離子、機(jī)械剪切等條件下黏度的變化，對卡波姆981的流變學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，并與常用型號卡波姆934進(jìn)行比較，為卡波姆981的合理使用提供理論依據(jù)。

1 儀器與試藥

Brookfield DV-ⅢULTRA Rheometer（美國Brookfield公司）；電子天平（JA2103N ELECTRONIC BALANCE）；ALC-1104電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；RW 20 digital攪拌器（上海依肯機(jī)械設(shè)備有限公司）；FA25 model均質(zhì)機(jī)（上海弗魯克液體機(jī)械制造有限公司）磁力加熱攪拌器（IKA公司）。

卡波姆 981、934（Lubrizol公司）；三乙醇胺（藥用級，江西阿爾法高科藥業(yè)有限公司）；氯化鈉（NaCl，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠）、無水氯化鈣（CaCl2，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠）均為分析純。亞硫酸氫鈉（NaHSO3，藥用級，江西阿爾法高科藥業(yè)有限責(zé)任公司）；乙二胺四乙酸二鈉（西隴化工股份有限公司）；去離子水（EDTA-2Na，MILLIPORE 超純水系統(tǒng)制備）。

2 方法與結(jié)果

2.1 樣品的制備 精密稱取不同質(zhì)量的卡波姆981、934，置一定量的去離子水中溶脹，分別制得濃度為0.1%、0.3%、0.5%、1.0%的系列樣品溶液，以及含不同濃度的 NaCl、CaCl2、NaHSO3、EDTA-2Na 的0.5%卡波姆981、934溶液。將樣品靜置，直至呈澄清透明溶液。

2.2 卡波姆溶液流體性質(zhì)的測定 將濃度為0.5%卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值至6.0。在25℃條件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流變儀配以64號轉(zhuǎn)子，對樣品進(jìn)行測定。轉(zhuǎn)速設(shè)定如下：5、10、15、20、25、30、40、50、60 r/min，在每一轉(zhuǎn)速下恒定10 s，測定其黏度值（n=3）。繪制黏度-切變速度曲線，結(jié)果見圖1。將黏度-切變速度曲線進(jìn)行線性化處理，以黏度對數(shù)值（lnV）對切變速度對數(shù)值（lnR）作圖得直線方程，卡波姆934、981溶液的lnV-lnR線性方程分別為:lnV=-0.762 4 lnR+10.824（R2=0.9996）和 lnV=-0.602 1 lnR+11.179（r2=0.999 8）。隨著切變速度的增大，兩種類型的卡波姆溶液的黏度呈下降趨勢，且卡波姆934的黏度比卡波姆981的黏度下降明顯。根據(jù)流動曲線的特點(diǎn)，卡波姆溶液屬于假塑性流體。

2.3 卡波姆的pH值敏感性實(shí)驗(yàn) 濃度為0.5%的卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺作為中和劑。在25℃條件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流變儀配以64號轉(zhuǎn)子固定轉(zhuǎn)速為10 r/min，恒定10秒，測定樣品的黏度，結(jié)果見圖2。

由圖2可見，在一定范圍內(nèi)，隨著pH值的增大，卡波姆溶液的黏度不斷增大。同濃度兩種型號卡波姆的流變行為不相同。當(dāng)溶液pH<6，卡波姆981溶液隨著濃度的增大，黏度迅速增大；當(dāng)溶液pH>6時，溶液的黏度趨于穩(wěn)定。在pH值6.5以下，卡波姆981的黏度相對于卡波姆934的黏度大。

2.4 濃度與卡波姆981黏度的關(guān)系 濃度為0.1%、0.3%、0.5%、1.0%的卡波姆981溶液，用三乙醇胺作為中和劑。在25℃條件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流變儀配以64號轉(zhuǎn)子固定轉(zhuǎn)速為10 r/min，恒定10秒，測定不同pH值下不同濃度卡波姆的黏度，結(jié)果見圖3。

由圖3可見，在未調(diào)節(jié)pH值時，濃度越高pH值越低。因?yàn)榭ú分泻恤人峄?，濃度越高羧酸基濃度也越高。在同一pH值條件下，卡波姆981的濃度越大，黏度越高。

2.5 卡波姆的溫度敏感性實(shí)驗(yàn) 取0.5%卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值至6.0。在25～85℃溫度區(qū)間內(nèi)，恒溫10 min，用Brookfield DV-ⅢULTRA流變儀配以64號轉(zhuǎn)子固定轉(zhuǎn)速為10 r/min，恒定10秒，測定在不同溫度下樣品的黏度。結(jié)果見圖4。

由圖4可見，溫度對卡波姆有一定的影響。與卡波姆934比較，卡波姆981的黏度隨溫度變化較小，對溫度的耐受性較好。

2.6 卡波姆的離子敏感性實(shí)驗(yàn)

2.6.1 不同價態(tài)的電解質(zhì)對卡波姆黏度的影響 分別配制含不同濃度的NaCl、CaCl2的0.5%的卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值至6.0。在25℃條件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流變儀配以64號轉(zhuǎn)子固定轉(zhuǎn)速為10 r/min，恒定10秒測定黏度。結(jié)果見圖5。

由圖5可見，電解質(zhì)離子的濃度越大，卡波姆溶液的黏度下降趨勢越明顯。同一濃度下，不同電解質(zhì)對卡波姆黏度的影響不同。其中，不同價態(tài)的電解質(zhì)對卡波姆黏度影響大小順序?yàn)镃aCl2>NaCl?？ú?81黏度隨電解質(zhì)濃度的增加而下降。與卡波姆934相比，卡波姆981的黏度變化較為平緩。

2.6.2 常用穩(wěn)定劑對卡波姆黏度的影響 分別配制含不同濃度的NaHSO3、EDTA-2Na的0.5%卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值至6.0。在25℃條件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流變儀配以64號轉(zhuǎn)子固定轉(zhuǎn)速為10 r/min，恒定10秒測定黏度。結(jié)果見圖6。

由圖6可見，穩(wěn)定劑的濃度越大，卡波姆溶液的黏度下降趨勢越明顯。同一濃度下，穩(wěn)定劑對卡波姆黏度的影響不同。卡波姆981的黏度隨穩(wěn)定劑濃度的增加而下降，與卡波姆934相比，卡波姆981的黏度變化較為平緩。

2.7 卡波姆的機(jī)械剪切敏感性實(shí)驗(yàn)

2.7.1 攪拌時間對黏度的影響 取0.5%卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值為至7.3。用RW20digital攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌速度為600r/min，分別攪拌 0、30、60、90、120 min。在 25 ℃條件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流變儀配以64號轉(zhuǎn)子固定轉(zhuǎn)速為10 r/min，恒定10秒測定黏度。結(jié)果見圖7。

由圖7可見，攪拌時間對卡波姆的黏度影響較小。在600 r/min攪拌速度下，卡波姆981的黏度隨著攪拌時間的延長而減小。與卡波姆934相比，卡波姆981的黏度變化較小。

2.7.2 攪拌速度對黏度的影響 取0.5%卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值為至7.3。用RW 20 digital攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌速度為0、200、400、600、800、1200 r/min，分別攪拌 30 min。在 25 ℃條件下，用Brookfield DV-Ⅲ ULTRA流變儀配以64號轉(zhuǎn)子固定轉(zhuǎn)速為10r/min，恒定10秒測定黏度。結(jié)果見圖8。

由圖可見，攪拌速度對卡波姆黏度有影響。隨著攪拌速度的增大，卡波姆981的黏度減小。與卡波姆934相比，攪拌速度對卡波姆981的黏度影響相對較小。

2.7.3 高剪切力對黏度的影響 取1.0%卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值至6.3。用FA25model均質(zhì)機(jī)進(jìn)行均質(zhì)，其中均質(zhì)速度為10 000 r/min，均質(zhì)時間為0、3、8 min。在25℃條件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流變儀配以64號轉(zhuǎn)子固定轉(zhuǎn)速為10 r/min，恒定10秒測定黏度。結(jié)果見圖9。

由圖9可見，高剪切力對卡波姆黏度的影響較大，且對兩種型號卡波姆的影響相同。在較短的時間內(nèi)，卡波姆981的黏度隨著攪拌時間的延長而減小。

3 討論

卡波姆溶液為假塑性流體，黏度隨著切變速度的增大而減小[8]；并有pH值敏感性，隨著pH值的增加，卡波姆逐漸被中和，羧基逐漸離子化，負(fù)電荷的相互排斥作用使分子鏈逐漸彌散伸展，從而導(dǎo)致卡波姆的黏度不斷增大。

卡波姆對離子的敏感度較高，離子的存在會影響卡波姆溶液的黏度。離子濃度的稍微變化便能引起黏度的劇烈變化，從而影響整個系統(tǒng)的流變行為。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同價態(tài)的電解質(zhì)離子的影響作用不同，離子的價態(tài)越高，對卡波姆黏度的影響越大。在卡波姆溶液中加入三價鹽AlCl3攪拌混合，立即產(chǎn)生白色沉淀。在實(shí)際應(yīng)用中，需要考慮離子濃度對卡波姆溶液的黏度的影響?？傊ú穼﹄x子的敏感度較高，但不同型號的敏感度不同即對抗金屬離子的能力不同。在相同濃度的離子作用下，與卡波姆934相比，卡波姆981黏度變化不明顯?？梢哉f，卡波姆981抗金屬離子的能力較卡波姆934強(qiáng)，即對電解質(zhì)有良好的耐受性。

為了避免藥物制劑的氧化和金屬離子的影響，常在制劑中加入NaHSO3和EDTA-2Na作為穩(wěn)定劑。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，卡波姆的黏度隨穩(wěn)定劑濃度的增大而減小。在選用NaHSO3和EDTA-2Na作為穩(wěn)定劑時，需要考慮穩(wěn)定劑的加入量以保證制劑的相對穩(wěn)定性和成形性。

卡波姆溶液經(jīng)過三乙醇胺中和后，對持久的攪拌或高剪切力特敏感。在長久攪拌或高剪切力作用下，卡波姆結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而被剪切變稀，表現(xiàn)為黏度下降。

綜上所述，在制劑研究時經(jīng)常會遇到溫度、離子、機(jī)械剪切等多種因素的影響。與卡波姆934相比，卡波姆981對溫度、離子、機(jī)械剪切的耐受性具有相似性，同時又有影響程度上的不同。在具體的實(shí)踐中，通過選擇合適的型號、簡單的控制操作條件或加工工藝就可達(dá)到最佳的使用效果。

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Rheological characteristics of Carbopol 981

SUN Shi-zhen,WANG Ya-jing,ZHANG De-qin,TIAN Hui,WANG Yan-ming,PENG Shu-juan
（Tianjin University of TCM,Tianjin State Key Laboratory of Modern Chinese Medicine,Tianjin 300193,China）

[Objective]To research the rheological characteristcs of Carbopol 981 for providing a conference in its preparation.[Methods]The viscosity of carbopol were measured under different conditions by Brookfield DV-ⅢULTRA Rheometer.Through contrasting with Carbopol 934,the rheological characteristics of Carbopol 981 was deeply explored.[Results]Carbopol 981 was proved to be a false plastic fluid.It was more sensitive to pH change,ion concentration and mechanic shearing.[Conclusion]Carbopol 981 has better tolerance to temperature,ion concentration and mechanic shearing than Carbopol 934.These rheological data would be referred to choose suitable condition in the pharmaceutical preparation.

Carbopol 981;viscosity;rheological characteristics

TQ314

A

1672-1519（2012）02-0177-04

天津市高校“雙五”科技計劃項(xiàng)目（SW20080007）。

孫士真（1986-），女，2009級碩士研究生，研究方向?yàn)樗幬镄轮苿?/p>

王亞靜。

2011-11-20）

·科研動態(tài)·