卡波姆(Carbonara),又称聚羧乙烯,是一种由丙烯酸或丙烯酸酯与烯丙基醚化学交联形成的聚合物,包括聚丙烯酸(均聚物)和长链烷醇丙烯酸酯类聚合物(共聚物)。其分子结构中含有52 ~ 68 %的酸基团,因此它具有一定的酸性,具有亲水性能,可以溶于水、乙醇和甘油中。已收载入23版美国药典,目前在国外已广泛应用于药品和化妆品的研制生产,是一种多用途的高分子材料和具有前景的药用辅料。
01卡波姆性状
Carbopol为白色、疏松、吸湿性强和具特殊臭味的粉末,静电作用强。由于其结构中含有52%-68%的羧酸基团,因此具有一定的酸性,其平均粒径为0.2μm,相对密度为1.4,平均含水量为8%,干燥状态时不会长霉菌,可溶于乙醇、水和甘油,具有胶体溶液的特性,Carbopol在干粉状态的结构示意图,见图1。
图1 与水接触前,聚丙烯酸卷曲状
02卡波姆增稠机理
卡波姆主要的增稠机理有两种,包括中和增稠和氢键增稠。
1.中和增稠
图2 卡波姆接触水之后分子链的状态
图3 卡波姆链发生中和后分子链伸展状态
由于其含有一定的酸基团,在应用的过程中需要进行碱性中和。被碱性中和后的卡波树脂,其羧基发生离子化,由于负电荷的相互排斥作用,蜷缩的分子链伸展呈极大的膨胀状态,使原来的体积增大到1000倍左右,从而起到增稠的作用。在水及其它极性溶剂中,用NaOH、KOH、NH40H之类中和,容易生成盐;在急性较弱或非急性溶剂中就要用有机胺进行中和。当树脂用作乳化剂时,为使油/水乳化剂取得最佳稳定性,需对树脂采用水溶性无机碱和油溶性有机胺进行双重中和,使生成在水中和油中都可溶的盐,在油相和水相中起桥梁作用。
2.氢键增稠
卡波姆分子作为羧基给予体,能与一个或两个以上羟基结合形成氢键而增稠,这种反应机理需要时间。常用的羟基给予体有非离子型表面活性剂、多元醇等。
03 常见卡波姆类型
Carbopol是聚烷基蔗糖或聚烷基季戊四醇与丙烯酸交联聚合物的共聚物。不同的材料和聚合度构成了多种规格的产品,目前已知的有Carbopol 910、934、934p、940、941、954、971P、980、981以及Carbopol 1342、1382、2984、5984等。
1.卡波聚合物均具有剪切变稀的能力,且时间剪切越长粘度恢复越慢,甚至造成粘度的永久性损失。
2.卡波聚合物对离子的容忍度均较差,处于过渡阶段的Carbopol 1342相对较高。
3.卡波姆不受温度影响,不支持细菌和霉菌生长,不具备表面活性剂性质。
4.紫外线照射会对卡波聚合物的粘度造成损失,此损失是不可恢复的。