卡波姆981流变学性质的研究*

孙士真，王亚静，张德芹，田 慧，王艳明，彭淑娟

（天津中医药大学，天津市现代中药重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地，天津 300193）

卡波姆981流变学性质的研究*

孙士真，王亚静，张德芹，田 慧，王艳明，彭淑娟

（天津中医药大学，天津市现代中药重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地，天津 300193）

[目的]研究卡波姆981的流变学性质，为其在制剂中的应用提供参考。[方法]用Brookfield DV-ⅢULTRA流变仪测定不同条件下卡波姆溶液的黏度。通过与卡波姆934相比，对卡波姆981的流变学性质进行深入的探讨。[结果]卡波姆981溶液属于假塑性流体。卡波姆981对pH值、离子、机械剪切较敏感，对温度不敏感。[结论]卡波姆981对温度、离子、机械剪切的耐受性比卡波姆934要好。在制剂应用时，可以参考各条件下的流变学性质选择合适的条件。

卡波姆981；黏度；流变学性质

卡波姆（Carbopol）是丙烯酸键合烯丙基蔗糖或季戊四醇烯丙醚的高分子聚合物。它作为一种新型的高分子材料和优良的药用辅料，在制剂领域已有广泛的应用[1-3]。根据聚合物的相对分子量及交联度的不同，卡波姆分为多种型号，其性质亦各不相同。其中，流变学性质是卡波姆重要性质之一，不同型号的卡波姆流变学性质各不相同[4-6]。因此，对卡波姆流变学性质的深入探讨，对其在制剂的合理选用具有重要的指导意义。

笔者将卡波姆981应用于中药凝胶剂的制备取得了良好的效果，而目前尚未发现关于卡波姆981的流变学性质的全面报道。黏度是反映流变学性质的重要指标[7]，故本实验通过考察卡波姆981在pH值、温度、离子、机械剪切等条件下黏度的变化，对卡波姆981的流变学性质进行研究，并与常用型号卡波姆934进行比较，为卡波姆981的合理使用提供理论依据。

1 仪器与试药

Brookfield DV-ⅢULTRA Rheometer（美国Brookfield公司）；电子天平（JA2103N ELECTRONIC BALANCE）；ALC-1104电子天平（上海精密科学仪器有限公司）；RW 20 digital搅拌器（上海依肯机械设备有限公司）；FA25 model均质机（上海弗鲁克液体机械制造有限公司）磁力加热搅拌器（IKA公司）。

卡波姆 981、934（Lubrizol公司）；三乙醇胺（药用级，江西阿尔法高科药业有限公司）；氯化钠（NaCl，天津市北方天医化学试剂厂）、无水氯化钙（CaCl2，天津市北方天医化学试剂厂）均为分析纯。亚硫酸氢钠（NaHSO3，药用级，江西阿尔法高科药业有限责任公司）；乙二胺四乙酸二钠（西陇化工股份有限公司）；去离子水（EDTA-2Na，MILLIPORE 超纯水系统制备）。

2 方法与结果

2.1 样品的制备 精密称取不同质量的卡波姆981、934，置一定量的去离子水中溶胀，分别制得浓度为0.1%、0.3%、0.5%、1.0%的系列样品溶液，以及含不同浓度的 NaCl、CaCl2、NaHSO3、EDTA-2Na 的0.5%卡波姆981、934溶液。将样品静置，直至呈澄清透明溶液。

2.2 卡波姆溶液流体性质的测定 将浓度为0.5%卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺调节pH值至6.0。在25℃条件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流变仪配以64号转子，对样品进行测定。转速设定如下：5、10、15、20、25、30、40、50、60 r/min，在每一转速下恒定10 s，测定其黏度值（n=3）。绘制黏度-切变速度曲线，结果见图1。将黏度-切变速度曲线进行线性化处理，以黏度对数值（lnV）对切变速度对数值（lnR）作图得直线方程，卡波姆934、981溶液的lnV-lnR线性方程分别为:lnV=-0.762 4 lnR+10.824（R2=0.9996）和 lnV=-0.602 1 lnR+11.179（r2=0.999 8）。随着切变速度的增大，两种类型的卡波姆溶液的黏度呈下降趋势，且卡波姆934的黏度比卡波姆981的黏度下降明显。根据流动曲线的特点，卡波姆溶液属于假塑性流体。

2.3 卡波姆的pH值敏感性实验 浓度为0.5%的卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺作为中和剂。在25℃条件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流变仪配以64号转子固定转速为10 r/min，恒定10秒，测定样品的黏度，结果见图2。

由图2可见，在一定范围内，随着pH值的增大，卡波姆溶液的黏度不断增大。同浓度两种型号卡波姆的流变行为不相同。当溶液pH<6，卡波姆981溶液随着浓度的增大，黏度迅速增大；当溶液pH>6时，溶液的黏度趋于稳定。在pH值6.5以下，卡波姆981的黏度相对于卡波姆934的黏度大。

2.4 浓度与卡波姆981黏度的关系 浓度为0.1%、0.3%、0.5%、1.0%的卡波姆981溶液，用三乙醇胺作为中和剂。在25℃条件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流变仪配以64号转子固定转速为10 r/min，恒定10秒，测定不同pH值下不同浓度卡波姆的黏度，结果见图3。

由图3可见，在未调节pH值时，浓度越高pH值越低。因为卡波姆中含有羧酸基，浓度越高羧酸基浓度也越高。在同一pH值条件下，卡波姆981的浓度越大，黏度越高。

2.5 卡波姆的温度敏感性实验 取0.5%卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺调节pH值至6.0。在25～85℃温度区间内，恒温10 min，用Brookfield DV-ⅢULTRA流变仪配以64号转子固定转速为10 r/min，恒定10秒，测定在不同温度下样品的黏度。结果见图4。

由图4可见，温度对卡波姆有一定的影响。与卡波姆934比较，卡波姆981的黏度随温度变化较小，对温度的耐受性较好。

2.6 卡波姆的离子敏感性实验

2.6.1 不同价态的电解质对卡波姆黏度的影响 分别配制含不同浓度的NaCl、CaCl2的0.5%的卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺调节pH值至6.0。在25℃条件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流变仪配以64号转子固定转速为10 r/min，恒定10秒测定黏度。结果见图5。

由图5可见，电解质离子的浓度越大，卡波姆溶液的黏度下降趋势越明显。同一浓度下，不同电解质对卡波姆黏度的影响不同。其中，不同价态的电解质对卡波姆黏度影响大小顺序为CaCl2>NaCl。卡波姆981黏度随电解质浓度的增加而下降。与卡波姆934相比，卡波姆981的黏度变化较为平缓。

2.6.2 常用稳定剂对卡波姆黏度的影响 分别配制含不同浓度的NaHSO3、EDTA-2Na的0.5%卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺调节pH值至6.0。在25℃条件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流变仪配以64号转子固定转速为10 r/min，恒定10秒测定黏度。结果见图6。

由图6可见，稳定剂的浓度越大，卡波姆溶液的黏度下降趋势越明显。同一浓度下，稳定剂对卡波姆黏度的影响不同。卡波姆981的黏度随稳定剂浓度的增加而下降，与卡波姆934相比，卡波姆981的黏度变化较为平缓。

2.7 卡波姆的机械剪切敏感性实验

2.7.1 搅拌时间对黏度的影响 取0.5%卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺调节pH值为至7.3。用RW20digital搅拌器进行搅拌，搅拌速度为600r/min，分别搅拌 0、30、60、90、120 min。在 25 ℃条件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流变仪配以64号转子固定转速为10 r/min，恒定10秒测定黏度。结果见图7。

由图7可见，搅拌时间对卡波姆的黏度影响较小。在600 r/min搅拌速度下，卡波姆981的黏度随着搅拌时间的延长而减小。与卡波姆934相比，卡波姆981的黏度变化较小。

2.7.2 搅拌速度对黏度的影响 取0.5%卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺调节pH值为至7.3。用RW 20 digital搅拌器进行搅拌，搅拌速度为0、200、400、600、800、1200 r/min，分别搅拌 30 min。在 25 ℃条件下，用Brookfield DV-Ⅲ ULTRA流变仪配以64号转子固定转速为10r/min，恒定10秒测定黏度。结果见图8。

由图可见，搅拌速度对卡波姆黏度有影响。随着搅拌速度的增大，卡波姆981的黏度减小。与卡波姆934相比，搅拌速度对卡波姆981的黏度影响相对较小。

2.7.3 高剪切力对黏度的影响 取1.0%卡波姆981、934溶液，用三乙醇胺调节pH值至6.3。用FA25model均质机进行均质，其中均质速度为10 000 r/min，均质时间为0、3、8 min。在25℃条件下，用Brookfield DV-ⅢULTRA流变仪配以64号转子固定转速为10 r/min，恒定10秒测定黏度。结果见图9。

由图9可见，高剪切力对卡波姆黏度的影响较大，且对两种型号卡波姆的影响相同。在较短的时间内，卡波姆981的黏度随着搅拌时间的延长而减小。

3 讨论

卡波姆溶液为假塑性流体，黏度随着切变速度的增大而减小[8]；并有pH值敏感性，随着pH值的增加，卡波姆逐渐被中和，羧基逐渐离子化，负电荷的相互排斥作用使分子链逐渐弥散伸展，从而导致卡波姆的黏度不断增大。

卡波姆对离子的敏感度较高，离子的存在会影响卡波姆溶液的黏度。离子浓度的稍微变化便能引起黏度的剧烈变化，从而影响整个系统的流变行为。本实验发现，不同价态的电解质离子的影响作用不同，离子的价态越高，对卡波姆黏度的影响越大。在卡波姆溶液中加入三价盐AlCl3搅拌混合，立即产生白色沉淀。在实际应用中，需要考虑离子浓度对卡波姆溶液的黏度的影响。总之，卡波姆对离子的敏感度较高，但不同型号的敏感度不同即对抗金属离子的能力不同。在相同浓度的离子作用下，与卡波姆934相比，卡波姆981黏度变化不明显。可以说，卡波姆981抗金属离子的能力较卡波姆934强，即对电解质有良好的耐受性。

为了避免药物制剂的氧化和金属离子的影响，常在制剂中加入NaHSO3和EDTA-2Na作为稳定剂。实验中发现，卡波姆的黏度随稳定剂浓度的增大而减小。在选用NaHSO3和EDTA-2Na作为稳定剂时，需要考虑稳定剂的加入量以保证制剂的相对稳定性和成形性。

卡波姆溶液经过三乙醇胺中和后，对持久的搅拌或高剪切力特敏感。在长久搅拌或高剪切力作用下，卡波姆结构发生变化而被剪切变稀，表现为黏度下降。

综上所述，在制剂研究时经常会遇到温度、离子、机械剪切等多种因素的影响。与卡波姆934相比，卡波姆981对温度、离子、机械剪切的耐受性具有相似性，同时又有影响程度上的不同。在具体的实践中，通过选择合适的型号、简单的控制操作条件或加工工艺就可达到最佳的使用效果。

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[8] 崔福德.药剂学[M].北京：人民卫生出版社，2007：346－350.

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“双五”科技计划项目（SW20080007）。

孙士真（1986-），女，2009级硕士研究生，研究方向为药物新制剂。

王亚静。

2011-11-20）

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