Polyvinylpyrolidón (PVP), tiež známy ako povidón, je vo vode rozpustný polymér so širokou škálou aplikácií v rôznych priemyselných odvetviach, ako je farmaceutický, kozmetický a potravinársky priemysel. PVP K15 je špecifická kvalita PVP s relatívne nízkou molekulovou hmotnosťou, ktorá mu dáva jedinečné vlastnosti a robí ho vhodným pre mnohé špecializované použitia. Ako dodávateľ PVP K15 som rád, že sa môžem ponoriť do chemických reakcií, ktoré sa podieľajú na jeho syntéze.
Výber monoméru: 1 - Vinyl - 2 - pyrolidón
Syntéza PVP K15 začína výberom monoméru, 1-vinyl-2-pyrolidónu (NVP). NVP je kľúčovým stavebným kameňom pre PVP. Je to cyklický amid s pripojenou vinylovou skupinou, ktorá mu umožňuje podstúpiť polymerizačné reakcie. Chemická štruktúra NVP obsahuje päťčlenný laktámový kruh a vinylovú dvojitú väzbu. Laktámový kruh poskytuje výslednému polyméru charakteristiky stability a rozpustnosti, zatiaľ čo vinylová dvojitá väzba je reaktívnym miestom pre polymerizáciu.
Samotná príprava NVP zahŕňa niekoľko chemických krokov. Jedna bežná metóda vychádza z butyrolaktónu a amoniaku. Najprv butyrolaktón reaguje s amoniakom za vzniku kyseliny 4 - aminomaslovej. Potom kyselina 4-aminomaslová podlieha cyklizácii za vzniku 2-pyrolidónu. Nakoniec sa 2-pyrolidón vinyluje použitím acetylénu alebo iných vinylačných činidiel za vzniku 1-vinyl-2-pyrolidónu.
Polymerizačné reakcie
Polymerizácia 1-vinyl-2-pyrolidónu za vzniku PVP K15 sa typicky uskutočňuje procesom radikálovej polymerizácie. Voľná radikálová polymerizácia je mechanizmus reťazovej reakcie, ktorý pozostáva z troch hlavných krokov: iniciácia, šírenie a ukončenie.
Zasvätenie
V iniciačnom kroku sa na generovanie voľných radikálov používa iniciátor voľných radikálov. Bežné iniciátory polymerizácie NVP zahŕňajú peroxidy, azozlúčeniny a redoxné systémy. Napríklad azobisizobutyronitril (AIBN) je široko používaným iniciátorom. Keď sa AIBN zahrieva, rozkladá sa na dva izobutyronitrilové radikály:
[ (CH_3)_2C(CN)-N=N - C(CN)(CH_3)_2\rightarrow2(CH_3)_2C(CN)^{\cdot}]
Tieto voľné radikály potom reagujú s vinylovou dvojitou väzbou 1-vinyl-2-pyrolidónu, čím sa iniciuje proces polymerizácie. Radikál napadne dvojitú väzbu, rozbije ju a vytvorí novú jednoduchú väzbu uhlík-uhlík a nový radikál na druhom konci molekuly NVP:
[(CH_3)_2C(CN)^{\cdot}+CH_2 = CH - C_4H_6NO\rightarrow(CH_3)_2C(CN)-CH_2 - CH^{\cdot}-C_4H_6NO]
Propagácia
Akonáhle dôjde k iniciačnému kroku, začne krok šírenia. V tomto kroku rastúci polymérny reťazec s voľným radikálom na svojom konci reaguje s iným NVP monomérom. Radikál na polymérnom reťazci atakuje vinylovú dvojitú väzbu prichádzajúceho monoméru NVP, pridáva ho do reťazca a vytvára nový radikál na konci predĺženého reťazca. Tento proces sa opakuje s každým pridaním nového monoméru NVP, ktorý zvyšuje dĺžku polymérneho reťazca:
[\cdots - CH_2 - CH^{\cdot}-C_4H_6NO+CH_2 = CH - C_4H_6NO\šípka vpravo\cdots - CH_2 - CH - C_4H_6NO - CH_2 - CH^{\cdot}-C_4H_6NO]
Krok šírenia pokračuje, kým nenastane krok ukončenia. Rýchlosť šírenia je ovplyvnená faktormi, ako je koncentrácia monoméru, teplota a povaha iniciátora.
Ukončenie
Existuje niekoľko spôsobov ukončenia polymerizačnej reakcie. Jedným z bežných terminačných mechanizmov je kombinácia, kde dva rastúce polymérne reťazce s voľnými radikálmi na svojich koncoch navzájom reagujú a vytvárajú jeden polymérny reťazec bez voľných radikálov:
[\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]
Ďalším ukončovacím mechanizmom je disproporcia. V tomto procese sa atóm vodíka prenáša z jedného rastúceho polymérneho reťazca do druhého. Jeden reťazec sa nasýti, zatiaľ čo druhý tvorí dvojitú väzbu na konci:
[\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]
Kontrola molekulovej hmotnosti: Dosiahnutie PVP K15
Molekulová hmotnosť výsledného polyméru PVP je rozhodujúcim faktorom a pre PVP K15 je potrebné dosiahnuť špecifický rozsah molekulovej hmotnosti. Hodnota K je empirická miera súvisiaca s viskozitou roztoku polyméru, ktorá zase súvisí s molekulovou hmotnosťou. Na kontrolu molekulovej hmotnosti a získanie PVP K15 je možné počas polymerizačného procesu upraviť niekoľko faktorov.
Významnú úlohu zohráva koncentrácia iniciátora. Vyššia koncentrácia iniciátora povedie k väčšiemu počtu iniciačných miest, čo vedie k vytvoreniu väčšieho počtu polymérnych reťazcov. Pretože je celkové množstvo monoméru fixné, viac reťazcov znamená v priemere kratšie reťazce, a teda nižšiu molekulovú hmotnosť. Teplota tiež ovplyvňuje molekulovú hmotnosť. Vyššie teploty vo všeobecnosti zvyšujú rýchlosť polymerizačnej reakcie, ale môžu tiež zvýšiť rýchlosť terminačných reakcií, čo môže viesť k nižšej molekulovej hmotnosti.
Na riadenie molekulovej hmotnosti sa môžu použiť aj činidlá na prenos reťazcov. Činidlo na prenos reťazca je zlúčenina, ktorá môže reagovať s rastúcim polymérnym reťazcom a prenášať voľný radikál z polymérneho reťazca na činidlo na prenos reťazca. Tým sa zastaví rast súčasného polymérneho reťazca a iniciuje sa rast nového reťazca. Starostlivým výberom typu a koncentrácie reťazca - prenosového činidla je možné presne kontrolovať molekulovú hmotnosť PVP, aby sa dosiahla požadovaná hodnota K 15.
Aplikácie a význam PVP K15
PVP K15 má vďaka svojim jedinečným vlastnostiam široké využitie. Vo farmaceutickom priemysle sa používa ako spojivo v tabletových formuláciách, solubilizátor pre zle rozpustné liečivá a stabilizátor pre suspenzie liečiv. Jeho nízka molekulová hmotnosť umožňuje rýchle rozpustenie, vďaka čomu je vhodný pre rýchlo pôsobiace farmaceutické produkty.
V kozmetickom priemysle sa PVP K15 používa v sprejoch na vlasy, šampónoch a pleťových vodách. Môže vytvoriť tenký, pružný film na vlasoch alebo pokožke, ktorý poskytuje držanie a vlastnosti zadržiavania vlhkosti. V potravinárskom priemysle sa môže použiť ako číriaci prostriedok na nápoje a ako náter na potravinárske výrobky.
Ako dodávateľ PVP K15 chápeme dôležitosť poskytovania vysoko kvalitných produktov. Náš PVP K15 je syntetizovaný pomocou pokročilých procesov, ktoré zaisťujú konzistentnú kvalitu a požadovanú molekulovú hmotnosť. Zaviazali sme sa uspokojiť rôznorodé potreby našich zákazníkov v rôznych priemyselných odvetviach.
Ak máte záujem dozvedieť sa viac o1 - vinyl - 2 - pyrolidónový homopolymér,Vinylpyrolidónový lineárny homopolymér, aleboPovidón K30 Pharma Grade, alebo ak hľadáte kúpu PVP K15 pre vaše konkrétne aplikácie, neváhajte nás kontaktovať pre viac informácií a začatie rokovaní o obstarávaní.
Referencie
- Odian, G. Principles of Polymerization. John Wiley & Sons, 2004.
- Rowe, RC, Sheskey, PJ a Quinn, ME Handbook of Pharmaceutical Excipients. Pharmaceutical Press, 2009.
- Panel expertov na hodnotenie kozmetických prísad. Hodnotenie bezpečnosti polyvinylpyrolidónu používaného v kozmetike. International Journal of Toxicology, 2002, 21 (Suppl 3), 9 - 21.