Поливинилпиролидонът (PVP), известен също като повидон, е водоразтворим полимер с широк спектър от приложения в различни индустрии като фармацевтична, козметична и хранителна. PVP K15 е специфичен клас PVP със сравнително ниско молекулно тегло, което му придава уникални свойства и го прави подходящ за много специализирани приложения. Като доставчик на PVP K15, имам удоволствието да се задълбоча в химичните реакции, участващи в неговия синтез.
Избор на мономер: 1 - винил - 2 - пиролидон
Синтезът на PVP K15 започва с избора на мономера, 1 - винил - 2 - пиролидон (NVP). NVP е ключов градивен елемент за PVP. Това е цикличен амид с прикрепена винилова група, което му позволява да претърпи реакции на полимеризация. Химическата структура на NVP съдържа петчленен лактамен пръстен и винилова двойна връзка. Лактамният пръстен осигурява стабилност и характеристики на разтворимост на получения полимер, докато виниловата двойна връзка е реактивното място за полимеризация.
Самото приготвяне на NVP включва няколко химически стъпки. Един често срещан метод започва с бутиролактон и амоняк. Първо, бутиролактонът реагира с амоняка, за да образува 4-аминомаслена киселина. След това 4-аминомаслената киселина претърпява циклизация до образуване на 2-пиролидон. Накрая, 2-пиролидонът се винилира с помощта на ацетилен или други винилиращи агенти за получаване на 1-винил-2-пиролидон.
Реакции на полимеризация
Полимеризацията на 1 - винил - 2 - пиролидон за образуване на PVP K15 обикновено се извършва чрез процес на свободна радикална полимеризация. Свободнорадикалната полимеризация е механизъм на верижна реакция, който се състои от три основни стъпки: иницииране, разпространение и прекратяване.
Посвещение
В етапа на иницииране се използва инициатор на свободни радикали за генериране на свободни радикали. Обичайните инициатори за полимеризация на NVP включват пероксиди, азо съединения и редокс системи. Например, азобисизобутиронитрил (AIBN) е широко използван инициатор. Когато AIBN се нагрява, той се разлага на два изобутиронитрилни радикала:
[ (CH_3)_2C(CN)-N=N - C(CN)(CH_3)_2\rightarrow2(CH_3)_2C(CN)^{\cdot}]
След това тези свободни радикали реагират с двойната винилова връзка на 1-винил-2-пиролидон, инициирайки процеса на полимеризация. Радикалът атакува двойната връзка, разкъсвайки я и образувайки нова единична връзка въглерод - въглерод и нов радикал в другия край на NVP молекулата:
[(CH_3)_2C(CN)^{\cdot}+CH_2 = CH - C_4H_6NO\rightarrow(CH_3)_2C(CN)-CH_2 - CH^{\cdot}-C_4H_6NO]
Размножаване
След като етапът на иницииране е настъпил, започва етапът на разпространение. В тази стъпка растящата полимерна верига със свободен радикал в своя край реагира с друг NVP мономер. Радикалът на полимерната верига атакува двойната винилова връзка на входящия NVP мономер, добавяйки го към веригата и генерирайки нов радикал в края на удължената верига. Този процес се повтаря, като всяко добавяне на нов NVP мономер увеличава дължината на полимерната верига:
[\cdots - CH_2 - CH^{\cdot}-C_4H_6NO+CH_2 = CH - C_4H_6NO\rightarrow\cdots - CH_2 - CH - C_4H_6NO - CH_2 - CH^{\cdot}-C_4H_6NO]
Етапът на разпространение продължава, докато настъпи етапът на прекратяване. Скоростта на разпространение се влияе от фактори като концентрацията на мономера, температурата и природата на инициатора.
Прекратяване
Има няколко начина за прекратяване на реакцията на полимеризация. Един често срещан механизъм за прекъсване е комбинацията, при която две растящи полимерни вериги със свободни радикали в краищата си реагират една с друга, образувайки единична полимерна верига без свободни радикали:
[\cdots - CH_2 - CH^{\cdot}-C_4H_6NO+\cdots - CH_2 - CH^{\cdot}-C_4H_6NO\rightarrow\cdots - CH_2 - CH - C_4H_6NO - CH - CH_2-\cdots]
Друг механизъм за прекратяване е диспропорционалността. В този процес водороден атом се прехвърля от една нарастваща полимерна верига към друга. Едната верига се насища, докато другата образува двойна връзка в края:
[\cdots - CH_2 - CH^{\cdot}-C_4H_6NO+\cdots - CH_2 - CH^{\cdot}-C_4H_6NO\rightarrow\cdots - CH_2 - CH_2 - C_4H_6NO+\cdots - CH = CH - C_4H_6NO]
Контролиране на молекулното тегло: Постигане на PVP K15
Молекулното тегло на получения PVP полимер е решаващ фактор и за PVP K15 трябва да се постигне диапазон на специфично молекулно тегло. K - стойността е емпирична мярка, свързана с вискозитета на полимерния разтвор, който от своя страна е свързан с молекулното тегло. За да се контролира молекулното тегло и да се получи PVP K15, няколко фактора могат да бъдат коригирани по време на процеса на полимеризация.
Съществена роля играе концентрацията на инициатора. По-високата концентрация на инициатор ще доведе до по-голям брой иницииращи места, което води до образуването на повече полимерни вериги. Тъй като общото количество мономер е фиксирано, повече вериги означават средно по-къси вериги и следователно по-ниско молекулно тегло. Температурата също влияе върху молекулното тегло. По-високите температури обикновено увеличават скоростта на реакцията на полимеризация, но могат също така да увеличат скоростта на реакциите на прекъсване, което може да доведе до по-ниско молекулно тегло.
Средствата за прехвърляне на веригата също могат да се използват за контролиране на молекулното тегло. Агентът за прехвърляне на верига е съединение, което може да реагира с нарастващата полимерна верига, прехвърляйки свободния радикал от полимерната верига към агента за прехвърляне на веригата. Това спира растежа на настоящата полимерна верига и инициира растежа на нова верига. Чрез внимателно избиране на вида и концентрацията на агента за пренос на веригата, молекулното тегло на PVP може да бъде прецизно контролирано, за да се постигне желаната K - стойност от 15.
Приложения и значение на PVP K15
PVP K15 има широк спектър от приложения поради уникалните си свойства. Във фармацевтичната индустрия се използва като свързващо вещество в таблетни формулировки, солюбилизатор за слабо разтворими лекарства и стабилизатор за лекарствени суспензии. Ниското му молекулно тегло му позволява да се разтваря бързо, което го прави подходящ за бързодействащи фармацевтични продукти.
В козметичната индустрия PVP K15 се използва в спрейове за коса, шампоани и лосиони. Може да образува тънък, гъвкав филм върху косата или кожата, осигурявайки свойства за фиксиране и задържане на влага. В хранително-вкусовата промишленост може да се използва като избистрящ агент за напитки и покриващ агент за хранителни продукти.
Като доставчик на PVP K15, ние разбираме важността на предоставянето на висококачествени продукти. Нашият PVP K15 се синтезира с помощта на усъвършенствани процеси, които гарантират постоянно качество и желаното молекулно тегло. Ние се ангажираме да посрещнем разнообразните нужди на нашите клиенти в различни индустрии.
Ако се интересувате да научите повече за1 - винил - 2 - пиролидон хомополимер,Линеен хомополимер на винилпиролидон, илиПовидон K30 Pharma Grade, или ако търсите да закупите PVP K15 за вашите конкретни приложения, моля не се колебайте да се свържете с нас за повече информация и да започнете преговори за доставка.
Референции
- Odian, G. Принципи на полимеризацията. Джон Уайли и синове, 2004 г.
- Rowe, RC, Sheskey, PJ и Quinn, ME Наръчник за фармацевтични ексципиенти. Pharmaceutical Press, 2009.
- Експертна група за преглед на козметични съставки. Оценка на безопасността на поливинилпиролидон, използван в козметиката. International Journal of Toxicology, 2002, 21 (Suppl 3), 9 - 21.