藥用高分子之纖維素

第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維

纖維素是植物纖維的主要組分之一，廣泛存在于自然界中，藥用纖維素的主要原料來(lái)自棉纖維，少數(shù)來(lái)自木材。棉纖維含纖維素91%以上，木材含纖維素較低，約在40%以上。棉纖維附著在棉籽表面，長(zhǎng)度較短的纖維稱為棉絨，先摘下的上等棉絨一般用來(lái)制造棉絮，二次或三次摘下的棉絨一般供化學(xué)工業(yè)加工生產(chǎn)纖維素酯與醚。纖維素分子為長(zhǎng)鏈線型高分子化合物，它的結(jié)構(gòu)單元是吡喃環(huán)D-葡萄糖，每個(gè)纖維素大分子是由n(M/162)個(gè)葡萄糖互以β-1，4苷鍵構(gòu)成。第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維結(jié)構(gòu)單元是D-吡喃葡萄糖基，相互間以

-1,4-苷鍵連接，分子式為(C6H10O5)n，聚合度幾百至一萬(wàn)。第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維纖維素的一些重要性質(zhì)如下：1．化學(xué)反應(yīng)性2．氫鍵的作用3．吸濕性4．溶脹性5.機(jī)械降解特性6.可水解性第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維纖維素的一些重要性質(zhì)如下：1．化學(xué)反應(yīng)性2．氫鍵的作用3．吸濕性4．溶脹性5.機(jī)械降解特性6.可水解性纖維素大分子的每個(gè)葡萄糖單元中有3個(gè)醇羥基，其中2個(gè)為仲醇羥基，另一個(gè)為伯醇羥基，纖維素的氧化、酯化、醚化、分子間形成氫鍵、吸水、溶脹以及接枝共聚等都與纖維素分子中存在大量羥基有關(guān)，這些羥基酯化能力不同，以伯羥基的反應(yīng)速度最快。纖維素分子的兩個(gè)末端葡萄糖單元性質(zhì)不同，一個(gè)末端第4碳原子上多一個(gè)仲醇；另一末端葡萄糖單元中則在第1碳原子上多一個(gè)內(nèi)縮醛羥基，其上的氫原子甚易移位與氧環(huán)的氧結(jié)合，使環(huán)式結(jié)構(gòu)變?yōu)殚_(kāi)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，因此1位碳原子便變成醛基，顯醛基的反應(yīng)。第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維纖維素的一些重要性質(zhì)如下：1．化學(xué)反應(yīng)性2．氫鍵的作用3．吸濕性4．溶脹性5.機(jī)械降解特性6.可水解性

纖維素大分子間和分子內(nèi)存在大量的羥基，符合氫鍵形成的條件，由于纖維素的分子鏈聚合度很大，如果其所有的烴基都被包含在氫鍵中，則分子間的氫鍵力非常之大，可能大大超過(guò)C-O-C的主價(jià)鍵力。一般來(lái)說(shuō)，纖維素中結(jié)晶區(qū)內(nèi)的羥基都已形成氫鍵，而在無(wú)定形區(qū)，則有少量沒(méi)有形成氫鍵的游離羥基，所以水分子可以進(jìn)入無(wú)定形區(qū)，與分子鏈上的游離輕基形成氫鍵，即在分子鏈間形成水橋，發(fā)生膨化作用。第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維纖維素的一些重要性質(zhì)如下：1．化學(xué)反應(yīng)性2．氫鍵的作用3．吸濕性4．溶脹性5.機(jī)械降解特性6.可水解性纖維素結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)的羥基，基本上是以氫鍵形式存在，氫鍵的破裂和重新生成對(duì)纖維素的性質(zhì)有很大影響，而在許多情況下對(duì)其反應(yīng)能力也有影響，氫鍵破裂，生成游離羥基數(shù)量多，其吸濕性增加，市售粉狀纖維素在相對(duì)濕度為70%時(shí)，其平衡含水量在8%-12%。由X-射線衍射的研究表明，纖維素吸水后和再經(jīng)干燥，二者的X-射線衍射圖沒(méi)有改變，說(shuō)明結(jié)晶區(qū)沒(méi)有吸著水分子，水的吸著只發(fā)生在無(wú)定形區(qū)，結(jié)晶區(qū)的氫鍵并沒(méi)有破壞，鏈分子的有序排列也沒(méi)有改變，纖維素的吸水量是隨其無(wú)定形區(qū)所占的比例的增加而增加，實(shí)際上，經(jīng)堿處理過(guò)的纖維素的吸濕性比之天然纖維素為大。處理過(guò)程：堿+纖維素纖維素浸

堿水洗脫堿酸浴脫堿

水洗脫水晾干第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維纖維素的一些重要性質(zhì)如下：1．化學(xué)反應(yīng)性2．氫鍵的作用3．吸濕性4．溶脹性5.機(jī)械降解特性6.可水解性纖維素吸水后，再干燥的失水量，與環(huán)境的相對(duì)濕度有關(guān)，纖維素在經(jīng)歷不同濕度的環(huán)境后，其平衡含水量的變化，存在滯后現(xiàn)象，見(jiàn)圖4-7，即吸附時(shí)的吸著量低于解吸時(shí)的吸著量。其理由是:干燥纖維素的吸附是發(fā)生在無(wú)定形區(qū)氫鍵被破壞的過(guò)程,由于受內(nèi)部應(yīng)力的阻力作用,部分氫鍵脫開(kāi)，但仍保留部分氫鍵，因而新游離出的羥基(吸著中心)相對(duì)于解吸來(lái)說(shuō)是較少的，當(dāng)吸濕平衡了的纖維素脫水產(chǎn)生收縮時(shí)，無(wú)定形區(qū)的羥基部分地重新形成氫鍵，但由于纖維素凝膠結(jié)構(gòu)的內(nèi)部阻力作用，被吸著的水不易揮發(fā)，氫鍵不可能完全復(fù)原，重新形成的氫鍵較少，即吸著中心較多，故而吸濕量也較多。第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維纖維素的一些重要性質(zhì)如下：1．化學(xué)反應(yīng)性2．氫鍵的作用3．吸濕性4．溶脹性5.機(jī)械降解特性6.可水解性

纖維素的有限溶脹可分為結(jié)晶區(qū)間溶脹(液體只進(jìn)到結(jié)晶區(qū)間的無(wú)定形區(qū)，其X-射線衍射圖不發(fā)生變化)和結(jié)晶區(qū)內(nèi)溶脹(此時(shí)纖維素原來(lái)的X-射線衍射圖譜改變，而出現(xiàn)新的X-射線衍射圖譜)。水有一定的極性，能進(jìn)入纖維素的無(wú)定形區(qū)發(fā)生結(jié)晶區(qū)間的溶脹，稀堿液(1%-6%NaOH)的作用也類似于水，但濃堿液(12.5%-19%NaOH)在20℃能與纖維素形成堿纖維素，具有穩(wěn)定的結(jié)晶格子，所以也只能發(fā)生有限溶脹。纖維素溶脹能力的大小取決于堿金屬離子水化度，堿金屬離子的水化度又隨離子半徑而變化，離子半徑越小，其水化度越大，如氫氧化鈉的溶脹能力大于氫氧化鉀；纖維素的溶脹是放熱反應(yīng)，溫度降低，溶脹作用增加；對(duì)同一種堿液并在同一溫度下，纖維素的溶脹隨其濃度而增加，至某一濃度，溶脹程度達(dá)最高值。第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維纖維素的一些重要性質(zhì)1．化學(xué)反應(yīng)性2．氫鍵的作用3．吸濕性4．溶脹性5.機(jī)械降解特性6.可水解性

纖維素原料經(jīng)磨碎、壓碎或強(qiáng)烈壓縮時(shí)，纖維素可發(fā)生降解，結(jié)果聚合度下降，機(jī)械降解后的纖維素比氧化、水解或熱降解的纖維素具有更大的反應(yīng)能力。<機(jī)械降解后的纖維素除了分子中的鍵斷裂外，還發(fā)生結(jié)晶區(qū)以及纖維素大分子間氫鍵的破壞，因而，其反應(yīng)能力和在堿中的溶解度都比原來(lái)的纖維素高。

>第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維纖維素的一些重要性質(zhì)如下：1．化學(xué)反應(yīng)性2．氫鍵的作用3．吸濕性4．溶脹性5.機(jī)械降解特性6.可水解性纖維素大分子的背鍵對(duì)酸的穩(wěn)定性很低，在酸堿度、溫度適合的條件下，能產(chǎn)生水解降解，酸是催化劑，可降低貳鍵破裂的活化能，增加水解速度。纖維素對(duì)堿在一般情況下是比較穩(wěn)定的，但在高溫下，纖維素也產(chǎn)生堿性水解。第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維已列入一些國(guó)家法定典籍中的藥用纖維素有粉狀纖維素和微晶纖維素二種。一、粉狀纖維素(一)來(lái)源與制法粉狀纖維素(poweredcellulose)美國(guó)、英國(guó)、歐洲及日本藥典已收載，又稱纖維素絮(celluloseflocs)。

其制法如下：將植物材料纖維漿，用17.5%NaOH(或24%KOH)溶液在20℃處理，不溶解的部分(稱α-纖維素)中包括纖維漿中的纖維素與抗堿的半纖維素，用轉(zhuǎn)鼓式干燥器制成片狀，再經(jīng)機(jī)械粉碎即得。粉狀纖維素的聚合度約為500，分子量約為2.43×105，不含水素、揉酸和樹(shù)脂等雜質(zhì)。第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維

(二)性質(zhì)粉狀纖維素呈白色，無(wú)臭，無(wú)味，具有纖維素的通性，不同細(xì)度的粉末的流動(dòng)性和堆密度不一，國(guó)外有多種商品規(guī)格，其大小從35-300μm不等，或呈粒狀，在相對(duì)濕度為60%時(shí)，平衡吸濕量大都在10%以下，特細(xì)的規(guī)格，吸濕量較大。粉狀纖維素具有一定的可壓性，最大壓緊壓力約為50MPa。流動(dòng)性較差。第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維

(三)應(yīng)用

1．可用于片劑的稀釋劑，硬膠囊或散劑的填充劑。

2．在軟膠囊中可用于降低油性懸浮性內(nèi)容物的穩(wěn)定劑，以減輕其沉降作用。也可作口服混懸劑的助懸劑。

3．用作片劑干性粘合劑的濃度為5%。-20%，崩解劑濃度為5%-15%，助流劑濃度為1%-2%，但不得用作注射劑或吸入劑輔料，因可致肉芽腫。在食品工業(yè)中可作為無(wú)熱量食品的添加劑。第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維二、微晶纖維素(一)結(jié)構(gòu)與制法植物纖維是千百萬(wàn)微細(xì)纖維所組成，在高倍電子顯微鏡下可見(jiàn)微細(xì)纖維存在2種不同結(jié)構(gòu)區(qū)域，一是結(jié)晶區(qū)，另一是無(wú)定形區(qū)。微晶纖維素的聚合度約為220，分子量約為36000，其結(jié)構(gòu)式同纖維素，但其在水中的分散性、結(jié)晶度和純度等與機(jī)械纖維素不同。

微晶纖維素(MC)的制法如下：將由細(xì)纖維所制得的α-纖維素，用25ml鹽酸在105℃煮沸15min，去無(wú)定形部分，過(guò)濾，用水洗及氨水洗，余下的結(jié)晶部分，經(jīng)劇烈攪拌分散，噴霧干燥形成粉末。這種微晶纖維素廣泛用于固體制劑以改善粉體的性能。中國(guó)藥曲(2000年版)二部已收載，國(guó)外市場(chǎng)上稱為Ph型微晶纖維素。第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維微晶纖維素為高度多孔性顆粒或粉末，呈白色，無(wú)臭，無(wú)味。具有壓縮成型作用、粘合作用和崩解作用。

市售品不同粒度可以有不同的性質(zhì)，型號(hào)繁多。FMC公司(美國(guó))生產(chǎn)的商品Avicel有Ph(醫(yī)藥行業(yè))和RC型之分。Ph型Avicel[

艾維素(不溶于水，弱酸和大部分有機(jī)溶劑以及（1：20）NaOH溶液)]具有改善粉體壓縮成型性、流動(dòng)性的作用，且具有良好的混合性和吸附性。國(guó)外藥典收載的是PH型的產(chǎn)品。PH型Avicel有多種品種，其中PH-l01最常用，平均粒徑為50μm，PH-l02具有PH-l0l同樣的成形性、崩解性，由于平均粒徑增大為lμm，流動(dòng)性得到改善。AvicdPH還有一些新的型號(hào)，其對(duì)于片劑的成形性、崩解性都具有不同程度的提高。以下是AvicelPH-101的一些粉體學(xué)性質(zhì)：松密度為0.32g/cm3。實(shí)密度為0.45g/cm3。比表面積為1.18m2/g，熔點(diǎn)為260-270℃焦化。第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維微晶纖維素具有潮解性，其含濕量一般很低，其在相對(duì)濕度為60%時(shí)，平衡吸濕量約為6%(W/W)，它不溶于稀酸、有機(jī)溶劑和油類，但在稀堿液中少部分溶解，大部膨化。各國(guó)生產(chǎn)的微晶纖維素在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格上有一定的差異，如日本藥局方(13版)收載的微晶纖維素稱crystallinecellulose，如將其混懸于水中，用勻化機(jī)(8000r/min)勻化，能保持混懸液在3h內(nèi)不分離，呈不透明乳膏劑，而市售的一般微晶纖維素在同樣情況下可分離出上清液及沉淀。第四章藥用天然高分子材料第二節(jié)纖素維

(三)應(yīng)用

1．微晶纖維素PH型廣泛用作口服片劑及膠囊劑的稀釋劑和吸附劑，常用濃度為20%-90%，適用于濕性制粒及直接壓片；用作崩解劑時(shí)的濃度為5%-15%，用作抗粘附劑的濃度為5%-20%，此外也可作為倍散的稀釋劑和丸劑的賦形劑。

2．微晶纖維素RC型作為膠體分散系主要用于