Спирт поливиниловый растворимость: Спирт поливиниловый | Химическая продукция ООО «Таблица Менделеева»

Поливиниловый спирт — свойства, технология, применение

Сокращения: ПВС, международное PVOH, PVA или PVAL

Тип полимера: термопласт

Поливиниловый спирт является искусственным термопластичным полимером, растворимым в воде. Синтез поливинилового спирта осуществляется реакцией щелочного или кислотного гидролиза, либо же алкоголиза сложных поливиниловых эфиров, основным сырьем в которой служит поливинилацетат (ПВА). В отличие от большинства полимеров на основе виниловых мономеров, ПВС не может быть получен непосредственно из аналогичного мономера -винилового спирта (ВС), в связи с тем, что реакции, от которых можно было бы ожидать получения мономерного этенола, например присоединение воды к ацетилену, гидролиз монохлорэтилена или реакция этиленмонохлоргидрина с NaOH, приводят к образованию не винилового спирта, а ацетальдегида. Ацетальдегид и виниловый спирт представляют собой кето- и фенольную таутомерные формы одного и того же соединения, из которых кето-форма (ацетальдегид) является намного более устойчивой, поэтому синтез ПВС из мономера — невозможен:

Поливиниловый спирт впервые был получен в 1924 году химиками Германом и Гонелем при омылении раствора поливинилового эфира стехиометрическим количеством гидроксида калия. Исследования в области получения ПВС в начале прошлого века проводили ученые Гонель, Германн и Херберт Берг. Классический способ омыления проводился в среде осушенного этилового спирта при соотношении 0,8 моль омыляющего агента на 1,0 моль поливинилацетата, при этом происходило практически полное омыление ПВА. Также поливиниловый спирт может быть получен реакцией переэтерификации поливинилацетата(ПВА) в присутствии каталитических количеств щелочи.

Физические свойства

Поливиниловый спирт является высокоэффективным эмульгирующим, адгезионным и пленкообразующим полимером, обладающим высокой прочностью на разрыв и гибкостью, однако он очень гидроскопичен. Вода действует на полимер как пластификатор, и при большой влажности у ПВС уменьшается прочность на разрыв, но увеличивается эластичность. Температура плавления находится в области 230°C (в среде азота), а температура стеклования 85 °C для полностью гидролизованной формы. На воздухе при 220°C ПВС необратимо разлагается с выделением СO, CO2, уксусной кислоты и изменением цвета полимера с белого на темно-коричневый. Для синдиотактического ПВС температура плавления 280-285 °C, а температура стеклования для сополимера ПВС-ПВА с содержанием звеньев ПВА 50-моль% находится ниже 20 °C. Аморфизованный ПВС не имеет характерной эндотермической области отвечающей за плавление кристаллической фазы, однако его термическое разложение идентично ПВС полученному классическим способом.

Химические свойства

Поливиниловый спирт стабилен в отношении масел, жиров и органических растворителей.

Применение

• Сгуститель и адгезионный материал в шампунях, клеях, латексах

• Барьерный слой для СО2 в бутылках из ПЭТФ (полиэтилентерефталат)

• Составная часть продуктов гигиены для женщин и по уходу за детьми

• Продукт для создания защитного слоя шлихты в производстве искусственных волокон

• В пищевой промышленности в качестве эмульгатора

• Водорастворимые пленки в процессе изготовления упаковочных материалов

• Иммобилизация клеток и энзимов в микробиологии

• Производство поливинилбутиралей

• В растворах для глазных капель и контактных линз в качестве лубриканта

• При нехирургическом лечении онкологических заболеваний — в качестве эмболизирующего агента

• В качестве поверхностно-активного вещества для получения капсулированных наночастиц

Торговые марки поливинилового спирта Alcotex®, Elvanol®, Gelvatol®, Gohsenol®, Lemol®, Mowiol®, Rhodoviol® и Polyviol®.

В настоящее время промышленный синтез ПВС осуществляют путем полимераналогичных превращений, в частности, с использованием в качестве исходных полимеров простых и сложных поливиниловых эфиров, таких как ПВА. К основным способам получения ПВС можно отнести различные варианты омыления ПВА в среде спиртов или в воде в присутствии оснований и кислот. В зависимости от используемой среды и типа катализатора, процессы омыления ПВА можно представить следующей общей схемой:

Общие способы получения поливинилового спирта

Приведенные схемы реакций можно разбить на три группы: алкоголиз, щелочной или кислотный гидролиз и аминолиз. Синтез ПВС через реакцию полиальдольной конденсации из ацетальдегида до настоящего времени оканчивался получением низкомолекулярного полимера. В целом, можно выделить четыре направления:

1. Алкоголиз сложных ПВ-эфиров в среде осушенных низших спиртов (C1-C3), в частности метанола, в присутствии гидроксидов щелочных металлов. Процесс щелочного алкоголиза сопровождается гелеобразованием.

2. Алкоголиз в присутствии кислот. Процесс кислотного алкоголиза, так же как и омыления ПВА по механизму реакции щелочного алкоголиза, сопровождается гелеобразованием.

3. Щелочной алкоголиз и гидролиз в смеси низших спиртов с другими растворителями (диоксан, вода, ацетон, бензин, либо сложные эфиры). При использовании смесей, компонентом которых является вода, практически во всех случаях ее концентрация не превышает 10 % и омыление сопровождается образованием геля.

4. Получения ПВС в результате реакции гидролиза в присутствии кислотных или щелочных агентов, где в качестве реакционной среды выступает вода.

Основным недостатком всех применяемых технологий является образование жесткого геля во всем объеме реакционного аппарата при достижении конверсии порядка 45-55% и неполная степень гидролиза. Технологическое решение данной проблемы заключается в разбавлении реакционной системы или использованию поточной схемы получения ПВС, а также увеличении времени синтеза и нагрева, но это приводит к повышенному потреблению растворителя и необходимости его регенерации после синтеза, а нагрев в присутствии омыляющего агента приводит к разрушению полимера. Другим способом является использование лезвийных перемешивающих устройств для измельчения геля, но использование подобных реакторов или мешалок удорожает конечную себестоимость ПВС, по причине удорожания самого технологического оборудования.

Щелочной алкоголиз сложных виниловых эфиров

Наиболее распространенным является алкоголиз сложных виниловых эфиров в среде осушенных низших спиртов, таких как метанол, в присутствии гидроксидов щелочных металлов. В качестве щелочных агентов наибольшее распространение получили гидроксид, метилат, этилат и пропилат натрия и калия. Считается, что обязательным условием проведения алкоголиза является тщательная осушка спирта.

Щелочной алкоголиз поливинилацетата

Процессы алкоголиза можно разделить по признаку гомогенности (добавление щелочи к гомогенному раствору ПВА) или гетерогенности (добавление щелочи к дисперсии ПВА) исходной системы. Процесс щелочного алкоголиза сопровождается гелеобразованием, но также известен способ омыления водных дисперсий ПВА водными растворами щелочей, которые можно провести в одну стадию. Щелочной гидролиз дисперсии в этом случае проводят при температуре 0 — 25°С в течение 2 — 5 часов.

Щелочной алкоголиз в неспиртовых средах

Так как образование геля затрудняет проведение процесса омыления, в качестве решения этой проблемы изменяют условия процесса. В целях уменьшения плотности гелеобразной массы, в реакционную среду вводят соединения, которое по сравнению с метанолом имеет меньшее термодинамическое сродство к ПВС. В качестве осадителей сополимеров ВС и ВА предложены эфиры многоатомных спиртов и жирных кислот, метилацетат (MeAc) и алифатические углеводороды . Введение в реакционную среду до 40 % метилацетата дает возможность снизить степень омыления ПВА в момент фазового перехода с 55-60 % до 35 % . Снижение вязкости реакционной массы в момент гелеобразования может быть достигнуто также введением поверхностно активных веществ, например проксанолов. В литературе имеются сведения о том, что в качестве реакционной среды могут быть использованы не только спирты, но также смеси с диоксаном и тетрагидрофураном (ТГФ), которые являются хорошими растворителями для сложных поливиниловых эфиров.

Омыление по механизму аминолиза

Способ омыления ПВА в среде моноэтаноламина(МЭА), этанола или смеси этанол-моноэтаноламин под действием МЭА, применяемого в качестве омыляющего агента. Полученный данным способом ПВС содержит менее 1 % остаточных ацетатных групп и получается в виде очень мелкодисперсного порошка.

Кислотный алкоголиз сложных виниловых эфиров

ПВА и подобные сложные поливиниловые эфиры могут быть омылены по механизму алкоголиза в присутствии кислот.

Механизм кислотного алкоголиза поливинилацетата

Наибольшее применение получили серная, соляная и хлорная кислота, но при использовании серной кислоты в качестве катализатора часть гидроксильных групп ПВС этерифицируется серной кислотой с образованием сернокислого эфира, являющегося причиной термической нестабильности ПВС, а применение соляной кислоты обычно приводит к нарушению цветности продукта. Хлорная кислота в условиях омыления не образует эфиры с ПВС, но ее применение затруднено в связи с нестабильностью и склонностью к взрывообразному разложению. Кислотное омыление ПВА осуществляется в спиртовом растворе (метилового или этилового спирта). Применяется как 96% этиловый спирт, так и безводный этиловый или метиловый спирт, однако предпочтение отдается метанолу. «Кислотное» омыление ПВА может быть выполнено также и в водной среде без добавки органического растворителя.

Разработка специального аппаратурного оформления процессов омыления

Гелеобразование в процессе синтеза создает серьёзные технологические проблемы, связанные с перемешиванием и выделением полимера. Для решения этой проблемы процесс омыления проводят в реакторах, снабженных мешалками особой конструкции или в экструдерах при температуре 25-250С. Омыление в таких реакторах проводится по одной схеме: алкоголиз бисерного ПВА в спиртовом растворе омыляющего агента. Заявленные патенты отличаются модификацией аппаратуры и тем, что при омылении варьируется число оборотов мешалки/шнека, геометрия реактора и перемешивающего устройства. Во всех случаях авторы констатируют, что ПВС, полученный по такой технологии, представляет собой белый порошок с низким содержанием остаточных ацетатных групп, однако гелеобразование при омылении не исключается ни одним перемешивающее устройством. Большинство способов получения ПВС являются периодическими, однако существует достаточное число патентов посвященных непрерывной технологии омыления ПВА. Одна из подобных технологий была разработана в НПО «Пластполимер» (г. С.-Петербург).

Технология получения ПВС в системе метанол-бензин

Для решения технологических трудностей, связанных с гелеобразованием на промежуточных стадиях омыления ПВА, предложен подход, связанный с введением в реакционную систему бензина в качестве осадителя. При добавлении бензина к метанольному раствору ПВА, содержащему до 1% воды, образуется гетерогенная система. В зависимости от количества бензина, добавляемого в омыляющую ванну, реакция щелочного алкоголиза ПВА может начинаться в гомогенной или гетерогенной системе. При введении более 30% бензина от массы всей жидкой фазы в метанольный раствор ПВА образуется неустойчивая эмульсия. При увеличении содержания бензина в омыляющей ванне сокращается длительность реакции до начала гелеобразования и снижается степень омыления выделяющегося полимера. Увеличение содержания бензина до 45% приводит к образованию крупнозернистого порошка. При введении бензина в омыляющую ванну скорость реакции щелочного алкоголиза ПВА увеличивается, особенно после разделения раствора на две несмешивающиеся фазы. Данный способ омыления ПВА дает преимущество в технологии получения полимера (особенно на стадии сушки), содержащего более 25 % (мол.) ацетатных групп, а также низкомолекулярных сополимеров BC и BA. Оно заключается в том, что на стадии сушки происходит обогащение жидкой фазы бензином, и частицы сополимера оказываются в среде осадителя, что предотвращает слипание частиц и приводит к образованию сыпучих порошков.

Альтернативные способы получения ПВС

Перспективным и многообещающим способом получения ПВС может являться разработка получения ПВС из винилового спирта, но на текущий момент сдвинуть равновесие в сторону образования ВС в паре «ВС-Ацетальдегид» не представляется возможным. Поэтому слово «альтернативный» употребляется в контексте разработки способа, который уменьшает или исключает недостатки предыдущих методов синтеза. С 1924 года до 2002 было придумано и воплощено много различных способов получения ПВС, однако главным неразрешимым недостатком процесса являлось гелеобразование на стадии омыления. Именно этот недостаток приводит к необходимости разработки нового аппаратурного оформления или применения различных технологических новшеств. Решение проблемы гелеобразования обсуждалось выше.

Безгелевый способ получения поливинилового спирта

В 2002 года в научной группе Института Синтетических Полимерных Материалов им. Ениколопова (ИСПМ РАН, Москва) был разработан и запатентован высокоэффективный способ омыления ПВА. Особенностями данного способа являются:

• Высокая производительность

• Низкие энергозатраты

• Малое время синтеза

• Отсутствие гелеобразования

• Возможность проведения процесса в высококонцентрированных системах

• Получены впервые аморфизованные образцы ПВС со степенью кристалличности не более 5%

• Способ пригоден для омылении высокомолекулярного ПВА без резкого снижения молекулярной массы полимера

В основе данного способа лежит анализ диаграмм фазового состояния для исходного, промежуточного и конечного продукта в системе «Спирт-Вода». На основании фазовых диаграмм (аналогичных диаграммам для омыления в системе «Бензин-Метанол») были подобраны условия для проведения синтеза не только в безгелевом режиме (получение товарного полимера в виде порошка), но также в полностью гомогенном режиме (получение готового прядильного раствора). Главным отличием данного процесса является проведение синтеза в области спинодального распада (классические методики основаны на проведении синтеза в области бинодального распада). При таком режиме, скорость роста образовавшихся частиц новой полимерной фазы превышает скорость образования новых частиц, что приводит к образованию в реакционном объеме не пространственной сетки с узлами в частицах, а единичных частиц. Растворитель используемый в синтезе служит так же и пластификатором для образующегося ПВС. Степень кристалличности такого ПВС может искусственно варьироваться от 5 до 75%.

Структура и свойства

Химическая структура

В связи с тем, что исходный полимер (поливинилацетат) для получения поливинилового спирта получают реакцией полимеризации по типу «голова к хвосту», то и полученный ПВС имеет подобное строение. Общее число мономерных звеньев присоединенных по типу «голова к голове» находится на уровне 1-2 % и полностью зависит от их содержания в исходом поливинилацетате. Звенья присоединенные по типу «голова к голове» оказывают большое значение на физические свойства полимера, а также на его растворимость в воде. Как правило, ПВС является слаборазветвленным полимером. Разветвленность обусловлена реакцией передачи цепи на стадии получения поливинилацетата. Центры разветвленности являются наиболее слабыми местами полимерной цепи и именно по ним происходит разрыв цепи при реакции омыления и, как следствие, уменьшение молекулярной массы полимера. Степень полимеризации ПВС составляет 500—2500 и не совпадает с степенью полимеризации исходного ПВА.

Степень гидролиза ПВС зависит от будущего его применения и лежит в области 70 — 100-моль%. В зависимости от условий и типа частичного омыления, остаточные ацетатные группы могут быть расположены по цепи полимера статистически или в виде блоков. Распределение остаточных ацетатных групп влияет на такие важные характеристики полимера как температура плавления, поверхностное натяжение водных растворов или защитных коллоидов и температура стеклования.

Поливиниловый спирт, полученный из поливинилацетата, является тактическим полимером. Кристалличность ПВС обусловлена наличием большого числа гидроксильных групп в полимере. На кристалличность полимера оказывают так же влияние предыстория получения полимера, разветвленность, степень гидролиза и тип распределения остаточных ацетатных групп. Чем выше степень гидролиза, тем выше кристалличность образца ПВС. При термической обработке полностью омыленного продукта его кристалличность повышается и приводит к снижению его растворимости в воде. Чем выше число остаточных ацетатных групп в ПВС, тем меньше образование кристаллических зон.

Растворимый в воде пластик: зачем он нужен и где используется

Разбираемся, для чего науке и производству может пригодится растворимый в воде полимер, и увидим ли мы когда-нибудь водорастворимую упаковку для продуктов

Сакина Зейналова

Об авторе: Сакина Зейналова — химик, специалист по полимерам, популяризатор науки. Работает в итальянской компании Tre Tau Engineering, автор книги «Яды: вокруг и внутри».

Говоря слово «пластик», мы представляем себе нечто твердое, пластичное, стойкое к воде. Это может быть контейнер для еды, пластиковый стакан или оконная рама. Но что если мы вам расскажем, что бывают растворимые в воде пластики? Один из таких водорастворимых полимеров — поливиниловый спирт. На первый взгляд такие материалы могут показаться бесполезными, хотя именно их используют в передовых научных разработках: биомедицине, сложной 3D-печати, мембранах для очистки воды. А еще вы регулярно встречаетесь с этим веществом в косметике и в пластиках, которые используете. В этой статье разберемся, что такое поливиниловый спирт и для чего его применяют.

Что такое поливиниловый спирт?

Поливиниловый спирт (ПВС, PVA) — биосовместимый, нетоксичный и водорастворимый синтетический (то есть полученный искусственным путем), полимер. Он состоит из повторяющихся звеньев -СН₂-СН (ОН)- n, и в чистом виде поставляется в виде гранул без цвета и запаха. Это вещество активно впитывает влагу, вследствие чего теряет прочность, но становится более эластичным. Из-за этого свойства его добавляют в другие полимеры в качестве пластификатора — вещества, улучшающего пластичность. И если на воду поливиниловый спирт реагирует активно, то по отношению к маслам, жирам и органическим растворителям он стабилен.

Получают поливиниловый спирт в основном из поливинилацетата, более известного нам как ПВА (на его основе делают тот самый клей), с помощью различных вариантов омыления. В итоге получается полимер, имеющий множество спиртовых групп. Они-то и обеспечивают особые свойства этого вещества.

Общая формула поливинилового спирта

Важно отметить, что среди всех характеристик PVA мы не упомянули «биоразлагаемый» не случайно. Несмотря на то, что полимер растворяется в воде, это вовсе не значит, что попадая в таком виде в окружающую среду, он разрушается до воды, углекислого газа и безопасной органики. Немодифицированный PVA достаточно стоек к биоразложению, поэтому к нему предлагают добавлять другие компоненты — например, полисахариды. Они способствуют ускорению этого процесса, так как являются источником питания для микроорганизмов.

Области применения

Упаковка

Сама идея растворимого в воде пластика звучит крайне привлекательно. Только представьте: вы используете одноразовую упаковку и после этого не переживаете, куда бы ее сдать на переработку: растворили в воде и все.

Некоторые исследования указывают на недооцененность этого типа материалов научным сообществом. Ведь такие полимеры не нужно вторично перерабатывать, они могут быть использованы в качестве безопасной пленки для пищевых продуктов. По окончанию срока их службы их можно утилизировать, растворив в воде.

Однако это обманчивая простота: полимер не разрушается в воде, а растворяется. Поэтому вопрос об его утилизации все еще стоит. Кроме того, в чистом виде поливиниловый спирт не слишком торопится разлагаться в окружающей среде, он нуждается в некоторых модификациях.

Как это можно сделать? PVA можно модифицировать химически или добавить наполнитель — это позволит изменять его свойства. И если к пленкам из чистого поливинилового спирта были вопросы (они теряют свои барьерные свойства под действием воды, что не очень удобно для упаковочных материалов), то наполнив полимер целлюлозой и димером алкилкетона, можно увеличить механическую прочность пленки почти в 1,5 раза и придать ей стойкость к воде, водяному пару и ультрафиолету. При этом скорость биоразложения материала только увеличивается. Пленке на основе поливинилового спирта можно придать дополнительные антибактериальные и противогрибковые свойства. Совместив PVA и ксантовую камедь, можно получить композиционный материал, вполне пригодный для упаковки продуктов, время разложения такой упаковки составит всего лишь 12 часов. А видоизмененный хитозан + PVA дает отличную биоразлагаемую, незапотевающую пленку для продуктов с антибактериальным эффектом.

Чисто теоретически пленку из PVA можно растворить и выпить. Результаты исследования токсичности поливинилового спирта на пресноводных рыбах показали отсутствие значительных эффектов. Однако это не значит, что подобные действия будут полезны для вашего здоровья.

3D-печать

Из-за свойства водорастворимости создавать какие-либо изделия из PVA на 3D-принтере оказывается нецелесообразно. Но это же свойство сделало его востребованным материалом в аддитивной технологии. Дело в том, что для печати геометрически сложных фигур всегда требуются конструкции-поддержки. Эти элементы удаляются после того как печать была завершена, и если поддержка была изготовлена из слишком прочного материала, то ее необходимо спилить. Эта операция может повредить основную конструкцию или полностью сломать ее. Поэтому водорастворимый поливиниловой спирт в качестве материала поддержки для 3D-печати стал особенно популярен.

Фото этапов создания сложной геометрической формы методом 3D-печати с поддержкой из растворимого PVA (Фото: 3d-diy.

ru)

Биомедицина

Это одно из самых больших и динамично развивающихся направлений использования поливинилового спирта. Неудивительно: поливиниловый спирт становится основой многокомпонентных каркасов для замены костной ткани. В состав таких материалов могут также входить желатин, хитозан и гидроксиапатит, что в итоге ускоряет заживление травм кости.

Схема создания и нагрузки матрицы из желатина, хитозана, поливинилового спирта и гидроксиапатита (Фото: ars.els-cdn.com)

На совмещение поливинилового спирта с биополимерами из панцирей ракообразных — хитина и хитозана — вообще очень много надежд: тут вам и безопасное использование внутри организма, и антибактериальные эффекты и нетоксичность. С учетом пластичности полученного материала из него можно делать не только костные имплантаты, но и пленки, губки и многое другое.

Есть даже варианты его использования в качестве поглотителя радиоактивного бета-излучения.

Поливиниловый спирт давно и широко используют в мягких контактных линзах, глазных каплях, в сосудистой хирургии, а также в качестве искусственного хряща и мениска. Например, из PVA делают имплантаты ушной раковины.

На основе PVA делают чувствительные к изменению кислотности и температуры гидрогели, способные направленно доставлять лекарственные препараты, в том числе и противораковые. Также для этих целей используются микро- и наночастицы PVA со всевозможными добавками, нагруженные теми же препаратами. Вместе с нетоксичностью и биосовместимостью эти «суперспособности» поливинилового спирта делают его крайне привлекательным для селективной доставки лекарственных средств.

А еще антибактериальные пленки на основе поливинилового спирта используют для ранозаживления или лечения опухолей.

Косметика

Вы можете встретить поливиниловый спирт в составе некоторых косметических средств в качестве загустителя и пленкообразователя. Это вещество применяют везде: от средств для умывания до декоративной косметики. Оно безопасно, нетоксично и редко когда вызывает аллергическую реакцию.

Другие области

Мельчайшие фильтрующие пленки на основе сшитого PVA неплохо отделяют солевые компоненты от воды, поэтому могли бы использоваться для систем опреснения, подготовки питьевой воды и просто очистки стоков. Поливиниловый спирт используют для создания синтетических волокон, в качестве добавки в полимеры, для иммобилизации (то есть обездвиживания) клеток в микробиологии, для синтеза других полимеров. Области применения PVA расширяются с каждым годом.

Что в итоге?

• На деле оказывается, что водорастворимые полимеры могут быть очень полезны.
• Поливиниловый спирт нашел применение в самых разных сферах.
• Кое-где он уже сейчас успешно используется для решения разных задач (3D-печать, медицина и т. д.) и прочно занял свое место.
• Для решения некоторых проблем конкретные способы применения поливинилового спирта еще предстоит разработать. Например, для создания более экологичной пластиковой упаковки.
• Однозначно область его применения в ближайшие годы будет только расширяться и поливиниловый спирт мы будем встречать чаще.

Использование поливинилового спирта в качестве полимера, повышающего растворимость, для доставки плохо растворимых в воде лекарств (часть 1)

1. Dahan A, Miller JM, Amidon GL. Прогнозирование принадлежности к классу растворимости и проницаемости: предварительная классификация BCS лучших пероральных препаратов в мире. AAPS J. 2009;11(4):740–6. doi: 10.1208/s12248-009-9144-x. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

2. Ку М.С., Дулин В. Основанный на биофармацевтической классификации подход к правильному составлению рецептур с первого раза для снижения фармакокинетической изменчивости человека и времени цикла проекта с момента первого поступления. от человека до клинического подтверждения концепции. Фарм Дев Технол. 2012;17(3):285–302. дои: 10.3109/10837450.2010.535826. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

3. Takagi T, Ramachandran C, Bermejo M, Yamashita S, Lawrence XY, Amidon GL. Предварительная биофармацевтическая классификация 200 лучших пероральных лекарственных препаратов в США, Великобритании, Испании и Японии. Мол Фарм. 2006;3(6):631–43. doi: 10.1021/mp0600182. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

4. Serajuddin ATM, Pudipeddi M. Стратегии выбора соли. Справочник фармацевтических солей: свойства, выбор и применение Weinheim: Wiley-VCH. 2008: 135–60.

5. DiNunzio JC, Miller DA, Yang W, McGinity JW, Williams RO., III Аморфные композиции с использованием повышающих концентрацию полимеров для улучшения биодоступности итраконазола. Мол Фарм. 2008;5(6):968–80. doi: 10.1021/mp800042d. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

6. Миллер Д.А., ДиНунцио Дж.К., Ян В., МакГинити Дж.В., Уильямс Р.О. Направленная кишечная доставка перенасыщенного итраконазола для улучшения перорального всасывания. Фарм Рез. 2008;25(6):1450–9. doi: 10.1007/s11095-008-9543-1. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

7. Miller DA, DiNunzio JC, Yang W, McGinity JW, Williams RO., III Повышенная абсорбция итраконазола in vivo за счет стабилизации перенасыщения после перехода pH от кислого к нейтральному. Препарат Девел Инд Фарм. 2008;34(8):890–902. doi: 10.1080/03639040801929273. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

8. Brough C, Williams III RO. Аморфные твердые дисперсии и технологии нанокристаллов для доставки плохо растворимых в воде лекарств. Инт Дж Фарм. 2013;453(1):157–66. doi: 10.1016/j.ijpharm.2013.05.061. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

9. Цянь Ф., Хуан Дж., Хуссейн М.А. Растворимость и смешиваемость лекарственного средства и полимера: рассмотрение стабильности и практические проблемы при разработке аморфных твердых дисперсий. Дж. Фарм. 2010;99(7):2941–7. doi: 10.1002/jps.22074. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

10. Van Drooge D, Hinrichs W, Visser M, Frijlink H. Характеристика молекулярного распределения лекарств в стекловидных твердых дисперсиях в нанометровом масштабе с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии и гравиметрические методы сорбции водяного пара. Инт Дж Фарм. 2006;310(1):220–9. doi: 10.1016/j.ijpharm.2005.12.007. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

11. Verreck G, Decorte A, Heymans K, Adriaensen J, Cleeren D, Jacobs A, et al. Влияние двуокиси углерода под давлением в качестве временного пластификатора и пенообразователя на процесс экструзии на горячей стадии и свойства экструдата твердых дисперсий итраконазола с ПВП-ВА 64. Eur J Pharm Sci. 2005;26(3):349–58. doi: 10.1016/j.ejps.2005.07.006. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

12. Shibata Y, Fujii M, Kokudai M, Noda S, Okada H, Kondoh M, et al. Влияние характеристик соединений на сохранение аморфного состояния в твердой дисперсии с кросповидоном. Дж. Фарм. 2007;96 (6): 1537–1547. doi: 10.1002/jps.20794. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

13. Урбанец Н.А. Стабилизация твердых дисперсий нимодипина и полиэтиленгликоля 2000. Eur J Pharm Sci. 2006;28(1):67–76. doi: 10.1016/j.ejps.2005.12.009. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

14. Janssens S, de Armas HN, Remon JP, Van den Mooter G. Использование нового гидрофильного полимера Kollicoat IR® в рецептуре твердых дисперсий итраконазола. Eur J Pharm Sci. 2007;30(3):288–9.4. doi: 10.1016/j.ejps.2006.11.015. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

15. Albers J, Alles R, Matthee K, Knop K, Nahrup JS, Kleinebudde P. Механизм высвобождения лекарственного средства из экструдатов на основе полиметакрилата и размолотых нитей, полученных экструзией горячего расплава. . Евр Джей Фарм Биофарм. 2009;71(2):387–94. doi: 10.1016/j.ejpb.2008.10.002. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

16. Chokshi RJ, Sandhu HK, Iyer RM, Shah NH, Malick AW, Zia H. Характеристика физико-механических свойств индометацина и полимеров для оценки их пригодности для термоклея. процессы экструзии как средства производства твердой дисперсии/раствора. Дж. Фарм. 2005;94(11):2463–74. doi: 10.1002/jps.20385. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

17. Verreck G, Six K, Van den Mooter G, Baert L, Peeters J, Brewster ME. Характеристика твердых дисперсий итраконазола и гидроксипропилметилцеллюлозы, полученных экструзией расплава — часть I. Int J Pharm. 2003; 251(1–2):165–74. doi: 10.1016/S0378-5173(02)00591-4. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

18. Six K, Berghmans H, Leuner C, Dressman J, Van Werde K, Mullens J, et al. Характеристика твердых дисперсий итраконазола и гидроксипропилметилцеллюлозы, полученных экструзией расплава, часть II. Фарм Рез. 2003;20(7):1047–54. дои: 10.1023/A:1024414423779. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

19. Tanno F, Nishiyama Y, Kokubo H, Obara S. Оценка сукцината ацетата гипромеллозы (HPMCAS) в качестве носителя в твердых дисперсиях. Фарминдустрия разработки лекарственных средств. 2004;30(1):9–17. doi: 10.1081/DDC-120027506. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

20. Friesen DT, Shanker R, Crew M, Smithey DT, Curatolo W, Nightingale J. Высушенные распылением дисперсии на основе ацетата сукцината гидроксипропилметилцеллюлозы: обзор. Мол Фарм. 2008;5(6):1003–19. doi: 10.1021/mp8000793. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

21. Ghosh I, Snyder J, Vippagunta R, Alvine M, Vakil R, Tong W-QT, et al. Сравнение характеристик полимеров на основе ГПМЦ в качестве носителей для производства твердых дисперсий с использованием экструдера расплава. Инт Дж Фарм. 2011;419(1):12–9. doi: 10.1016/j.ijpharm.2011.05.073. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

22. Чоудари К., Суреш Б.К. Растворение, биодоступность и ульцерогенные исследования твердых дисперсий индометацина в водорастворимых полимерах целлюлозы. Фарминдустрия разработки лекарственных средств. 1994;20(5):799–813. doi: 10.3109/03639049409038332. [CrossRef] [Google Scholar]

23. Onoue S, Sato H, Ogawa K, Kawabata Y, Mizumoto T, Yuminoki K, et al. Улучшенное растворение и фармакокинетическое поведение циклоспорина А с использованием метода высокоэнергетической аморфной твердой дисперсии. Инт Дж Фарм. 2010;399(1):94–101. doi: 10.1016/j.ijpharm.2010.08.007. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

24. Newa M, Bhandari KH, Li DX, Kwon T-H, Kim J, Yoo BK и др. Получение, характеристика и оценка in vivo бинарных твердых дисперсий ибупрофена с полоксамером 188. Int J Pharm. 2007;343(1):228–37. doi: 10.1016/j.ijpharm.2007.05.031. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

25. ДиНунцио Дж. К., Бро С., Миллер Д. А., Уильямс Р. О., III, МакГинити Дж. В. Применение KinetiSol ^® Диспергирование для производства аморфных твердых дисперсий, не содержащих пластификаторов. Eur J Pharm Sci. 2010;40(3):179–87. doi: 10.1016/j.ejps.2010.03.002. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

26. Djuris J, Nikolakakis I, Ibric S, Djuric Z, Kachrimanis K. Получение твердых дисперсий карбамазепин-Soluplus® методом экструзии горячего расплава и прогнозирование смешиваемости лекарственного средства с полимером подгонкой термодинамической модели. Евр Джей Фарм Биофарм. 2013;84(1):228–37. doi: 10.1016/j.ejpb.2012.12.018. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

27. Rowe RC, Sheskey PJ, Owen SC, Association AP. Справочник фармацевтических вспомогательных веществ. Лондон: Фармацевтическая пресса; 2006. [Google Scholar]

28. Алкоголь МП. Техническая брошюра. Зульцбах: Clariant GmgH; 1999. [Google Scholar]

29. Galindo-Rodriguez S, Allemann E, Fessi H, Doelker E. Физико-химические параметры, связанные с образованием наночастиц в методах высаливания, эмульгирования-диффузии и наноосаждения. Фарм Рез. 2004;21(8):1428–39. doi: 10.1023/B:PHAM.0000036917.75634.be. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

30. Абдель-Мотталеб М.М., Мортада Н., Эль-Шами А., Авад Г. Физически сшитый поливиниловый спирт для местной доставки флуконазола. Фарминдустрия разработки лекарственных средств. 2009;35(3):311–20. doi: 10.1080/03639040802325893. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

31. Bourges JL, Bloquel C, Thomas A, Froussart F, Bochot A, Azan F, et al. Внутриглазные имплантаты для расширенной доставки лекарств: терапевтическое применение. Adv Drug Deliv Rev. 2006; 58 (11): 1182–202. doi: 10.1016/j.addr.2006.07.026. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

32. Дэвис Н.М., Фэйр С.Дж., Хэдграфт Дж., Келлавей И.В. Оценка мукоадгезивных полимеров при доставке лекарств в глаза. I. Вязкие растворы. Фарм Рез. 1991;8(8):1039–43. doi: 10.1023/A:1015813225804. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

33. McDonald C, Kaye S, Figueiredo F, Macintosh G, Lockett C. Рандомизированное, перекрестное, многоцентровое исследование для сравнения эффективности 0,1% (w/v) гиалуроната натрия. с 1,4% (масса/объем) поливинилового спирта для облегчения симптомов, связанных с синдромом сухого глаза. Глаз. 2002;16(5):601–7. doi: 10.1038/sj.eye.6700169. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

34. Winterton LC, Lally JM, Sentell KB, Chapoy LL. Вымывание поли(винилового спирта) из контактной линзы: реализация увлажняющего агента с временным высвобождением/искусственной слезы. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2007; 80B(2):424–32. doi: 10. 1002/jbm.b.30613. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

35. Thanoo B, Sunny M, Jayakrishnan A. Контролируемое высвобождение пероральных препаратов из микросфер сшитого поливинилового спирта. Дж Фарм Фармакол. 1993;45(1):16–20. doi: 10.1111/j.2042-7158.1993.tb03671.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

36. Sahoo SK, Panyam J, Prabha S, Labhasetwar V. Остаточный поливиниловый спирт, связанный с поли(D, L-лактид-со-гликолидом) наночастицами, влияет на их физические свойства и клеточные свойства. поглощение. J Управление выпуском. 2002;82(1):105–14. doi: 10.1016/S0168-3659(02)00127-X. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

37. Mu L, Feng S. Новый препарат с контролируемым высвобождением противоракового препарата паклитаксел (Taxol®): наночастицы PLGA, содержащие витамин E TPGS. J Управление выпуском. 2003;86(1):33–48. дои: 10.1016/S0168-3659(02)00320-6. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

38. Riis T, Bauer-Brandl A, Wagner T, Kranz H. pH-независимое высвобождение чрезвычайно плохо растворимого слабокислого лекарственного средства из составов с пролонгированным высвобождением, состоящих из множества частиц. Евр Джей Фарм Биофарм. 2007;65(1):78–84. doi: 10.1016/j.ejpb.2006.07.001. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

39. Даваран С., Рашиди М.Р., Хандаги Р., Хашеми М. Разработка нового никотинового трансдермального пластыря пролонгированного действия. Фармакол рез. 2005;51(3):233–7. doi: 10.1016/j.phrs.2004.08.006. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

40. DeMerlis C, Schoneker D. Обзор пероральной токсичности поливинилового спирта (ПВС) Food Chem Toxicol. 2003;41(3):319–26. doi: 10.1016/S0278-6915(02)00258-2. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

41. De Jaeghere W, De Beer T, Van Bocxlaer J, Remon J, Vervaet C. Горячая экструзия поливинилового спирта из расплава для орального применения с немедленным высвобождением. Инт Дж Фарм. 2015. [PubMed]

42. Keen JM, McGinity JW, Williams RO., III Повышение биодоступности за счет термической обработки. Инт Дж Фарм. 2013; 450(1):185–96. doi: 10.1016/j.ijpharm.2013.04.042. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

43. Miller DA, et al. KinetiSol: новая парадигма обработки аморфных твердых дисперсионных систем. Наркотик Дев Делив. 2012;12(9).

44. Грей В., Келли Г., Ся М., Батлер С., Томас С., Мэйок С. Наука о растворении USP 1 и 2: нынешние проблемы и актуальность в будущем. Фарм Рез. 2009;26(6):1289–302. doi: 10.1007/s11095-008-9822-x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

45. Азарми С., Роа В., Лебенберг Р. Текущие перспективы тестирования растворения традиционных и новых лекарственных форм. Инт Дж Фарм. 2007;328(1):12–21. doi: 10.1016/j.ijpharm.2006.10.001. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

46. Galia E, Nicolaides E, Hörter D, Löbenberg R, Reppas C, Dressman J. Оценка различных растворяющих сред для прогнозирования действия препаратов класса I и II in vivo. Фарм Рез. 1998;15(5):698–705. doi: 10.1023/A:1011910801212. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

47. Hughey JR, DiNunzio JC, Bennett RC, Brough C, Miller DA, Ma H, et al. Улучшение растворения лекарственного средства, проявляющего характеристики термического и кислотного разложения, путем обработки плавлением: сравнительное исследование экструзии горячего расплава и диспергирования кинетизола®. AAPS PharmSciTech. 2010;11(2):760–74. дои: 10.1208/s12249-010-9431-у. [Статья бесплатно PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

48. Сароде А.Л., Сандху Х., Шах Н., Малик В., Зия Х. Экструзия горячего расплава (HME) для аморфных твердых дисперсий: инструменты прогнозирования для обработки и влияние взаимодействий лекарство-полимер на пересыщение. Eur J Pharm Sci. 2013;48(3):371–84. doi: 10.1016/j.ejps.2012.12.012. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

49. Трей С.М., Викс Д.А., Мидидодди П.К., Репка М.А. Доставка итраконазола из экструдированных пленок HPC. Фарминдустрия разработки лекарственных средств. 2007;33(7):727–35. дои: 10.1080/03639040701199225. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

50. Nunes C, Mahendrasingam A, Suryanarayanan R. Количественная оценка кристалличности в существенно аморфных материалах с помощью синхротронной рентгеновской порошковой дифрактометрии. Фарм Рез. 2005; 22(11):1942–53. doi: 10.1007/s11095-005-7626-9. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

51. Ван Б., Мукатака С., Кокуфута Э., Огисо М., Кодама М. Вискозиметрическая, светорассеивающая и эксклюзионная хроматография исследования структурных изменений водного поливинилового спирта. ), индуцированного γ-облучением. J Polym Sci B Polym Phys. 2000;38(1):214–21. doi: 10.1002/(SICI)1099-0488(20000101)38:1<214::AID-POLB24>3.0.CO;2-G. [CrossRef] [Google Scholar]

52. Hughey JR, Keen JM, Miller DA, Brough C, McGinity JW. Получение и характеристика обработанных плавлением твердых дисперсий, содержащих вязкий термолабильный полимерный носитель. Инт Дж Фарм. 2012;438(1):11–9. doi: 10.1016/j.ijpharm.2012.08.032. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

53. Хатчинсон Дж.М., Кумар П. Энтальпийная релаксация в поливинилацетате. Термохим Акта. 2002;391(1):197–217. doi: 10.1016/S0040-6031(02)00184-3. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

54. Лу Дж., Ван Т., Дрзал Л.Т. Получение и свойства микрофибриллированных целлюлозно-поливинилспиртовых композиционных материалов. Compos A: Appl Sci Manuf. 2008;39(5):738–46. doi: 10.1016/j.compositesa.2008.02.003. [CrossRef] [Google Scholar]

55. Chemburkar SR, Bauer J, Deming K, Spiwek H, Patel K, Morris J, et al. Рассмотрение влияния полиморфов ритонавира на поздние стадии разработки процесса массового производства лекарств. Организационный процесс Res Dev. 2000;4(5):413–7. doi: 10.1021/op000023y. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

56. Стокле Г., Сегела Р., Лефевр Ж-М. Морфология, термическое поведение и механические свойства бинарных смесей совместимых биополимеров: полилактид/полиамид11. Полимер. 2011;52(6):1417–25. doi: 10.1016/j.polymer.2011.02.002. [CrossRef] [Google Scholar]

57. Ричардсон М., Флори П., Джексон Дж. Кристаллизация и плавление сополимеров полиметилена. Полимер. 1963; 4: 221–36. doi: 10.1016/0032-3861(63)

-4. [CrossRef] [Google Scholar]

58. Six K, Verreck G, Peeters J, Binnemans K, Berghmans H, Augustijns P, et al. Исследование термических свойств стеклообразного итраконазола: выявление монотропной мезофазы. Термохим Акта. 2001;376(2):175–81. дои: 10.1016/S0040-6031(01)00563-9. [CrossRef] [Google Scholar]

59. Rambali B, Verreck G, Baert L, Massart D. Исследования состава итраконазола в процессе экструзии расплава с составом смеси. Препарат Девел Инд Фарм. 2003;29(6):641–52. doi: 10.1081/DDC-120021313. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Приготовление растворов поливинилового спирта (ПВС)

Смешивание приложений

Просмотр в формате PDF

Поливиниловый спирт (ПВС, иногда называемый PVOH) представляет собой водорастворимый полимер, широко используемый в клеях, красках, герметиках, покрытиях, текстиле, пластмассах и т. д. Полимер обычно поставляется в виде порошка и нескольких марок. Доступны с различными характеристиками вязкости и растворимости.

Не следует путать с поливинилацетатом, также известным как ПВС (иногда ПВА), который не растворяется в воде. Эмульсии поливинилацетата также используются для клеев, красок и различных покрытий, но обработка несколько отличается.

Процесс

ПВА растворим в горячей и холодной воде. Обычно раствор готовят следующим образом: 

• Порошок медленно добавляют в холодную воду, чтобы избежать образования комков, так как он становится липким, а склонность к образованию комков увеличивается при повышении температуры. В некоторых случаях для снижения этого риска можно использовать воду с температурой ниже температуры окружающей среды.
• После того, как порошок полностью диспергирован, смесь нагревают до температуры, при которой полимер становится растворимым (в диапазоне от 194ºF до 208ºF — это зависит от марки используемого ПВА).
• Перемешивание продолжают при этой температуре до полного растворения ПВС. В зависимости от сорта материала и эффективности системы перемешивания это может занять некоторое время.

Эта проблема

При использовании обычных смесителей и мешалок в процессе производства можно столкнуться с рядом проблем:

• Включение и диспергирование порошка становится все труднее, поскольку вязкость начинает расти.
• Комки не могут быть легко разрушены при перемешивании, и для полного растворения требуется длительное время перемешивания.
• Интенсивное перемешивание, необходимое для смачивания порошка, может привести к проблемам с аэрацией.
• Неэффективное перемешивание требует больше времени для достижения солюбилизации при температуре. Для ускорения процесса требуется определенная степень сдвига.
• Стадия нагрева процесса увеличивает затраты и время процесса.

Решение

Смеситель с большими сдвиговыми усилиями Silverson может диспергировать и растворять порошок ПВА в горячей воде, сокращая время смешивания до доли времени, необходимого для традиционных методов. Типичная рабочая процедура выглядит следующим образом: 

Стадия 1

В сосуд наливается горячая вода и запускается смеситель. ПВС добавляют к воде, быстро смачивают и включают в жидкость. Высокая скорость вращения ротора создает мощное всасывание, которое втягивает ингредиенты в рабочую головку миксера.

Стадия 2

Под действием центробежной силы материалы перемещаются к периферии рабочей головки, где они подвергаются интенсивному сильному сдвигу в зазоре между ротором и статором, после чего выталкиваются через отверстия в статоре и выбрасываются обратно в смесь. Любые агломераты быстро диспергируются.

Ступень 3

Свежие материалы одновременно втягиваются в рабочую головку, создавая циркуляционный режим смешивания. Все содержимое сосуда много раз проходит через рабочую головку, постепенно разрушая любые агломераты и ускоряя процесс солюбилизации.

Этап 1 Этап 2 Этап 3

• Этап 1

  Стадия 1

  В сосуд наливается горячая вода и запускается смеситель. ПВС добавляют к воде, быстро смачивают и включают в жидкость. Высокая скорость вращения ротора создает мощное всасывание, которое втягивает ингредиенты в рабочую головку миксера.

• Этап 2

  Стадия 2

  Под действием центробежной силы материалы перемещаются к периферии рабочей головки, где они подвергаются интенсивному сильному сдвигу в зазоре между ротором и статором, прежде чем выталкиваются через отверстия в статоре и выбрасываются обратно в смесь. Любые агломераты быстро диспергируются.

• Этап 3

  Этап 3

  Свежие материалы одновременно втягиваются в рабочую головку, создавая циркуляционный режим смешивания. Все содержимое сосуда много раз проходит через рабочую головку, постепенно разрушая любые агломераты и ускоряя процесс солюбилизации.

---

Преимущества

• Диспергирование ПВА в горячей воде исключает стадию нагрева, что значительно сокращает время процесса.
• Быстрое рассеивание порошка исключает ошибки оператора.
• Порошок полностью диспергируется до того, как начинается увеличение вязкости.
• Любые агломераты разрушаются при интенсивном перемешивании с большими сдвиговыми усилиями, что приводит к ускоренному растворению и лучшей консистенции партии.

 

Обычно растворы ПВА готовят в больших количествах. Проточные смесители обычно используются для очень больших объемов. В зависимости от размера партии, вязкости конечного продукта и т.