压敏胶流变学

行为与体外黏附性能相关性

Correlation of adhesive performance in vitro with the rheological behavior of

pressure sensitive adhesive

沈瑞雪，章俊云，林国钡，罗华菲*

(中国医药工业研究总院药物制剂国家工程研究中心，上海 201203)

国内外学者对压敏胶的流变学行为与黏附性能相关性作了相当多的研究。研究表明，压敏胶的粘接过程是一个低速过程，可以用低频率(0.1 Hz) 处的流变学参数描述，而脱粘接过程是一个高速过程，与高频率(100 Hz) 的流变学参数有很好的对应关系。性能良好的压敏胶应具备以下三个特性：①黏合频率下G' 值不能过大，G' ＜ 105 Pa 为宜；②高频下与低频下G' 的比值[G'(100 Hz)/G'(0.1 Hz)] 应较高， 以5 ＜ G'(100 Hz)/G'(0.1 Hz) ＜ 300 为宜；③高频下的tanθ值应高于低频下的tanθ值。初粘力与低频率时的G' 相关，具有低储能模量的压敏胶，在接触被粘物时，更容易发生变形和表面润湿作用，初粘力更大。G' 越大，粘接性越弱。Dahlquist研究表明，当G' ＞ 3.3×105 Pa 时压敏胶的粘接性消失，tanθ＞ 1 时，压敏胶具有良好的初粘性，这是由于压敏胶在自身变形过程中耗散能量，更易与基材形成良好的接触。在持粘测试中，最初的剪切应力发生在短时间内，压敏胶表现出弹性性质，但之后载荷的作用频率变得非常缓慢( ＜0.1 Hz)，黏性流动占主导地位，提示，持粘力与低频率处的流变学参数相关，低频率处具有高G' 和低tanθ的压敏胶具有较好的持粘力。由于剥离在很短的时间内完成，因此，剥离强度与高频率下的流变学参数存在相关性。高频率下G'' 高的压敏胶具有较大的剥离强度，这是由于增加能量耗散可以阻止压敏胶的脱粘接，可通过增加压敏胶的G'，提高压敏胶的内聚力并减少基材上的残胶。

2.1 药物对压敏胶性能的影响

透皮制剂可加入的药物可通过改变压敏胶的机械性能改变贴剂的黏附性能，并可借助流变学检测预测药物对压敏胶性能的影响。Michaelis 等研究布洛芬在不同温度环境下对丙烯酸压敏胶黏附性能的影响，结果显示，21℃时，粘接频率(0.1 Hz)下，G'' 随干胶中布洛芬含量的增加而增大，其中布洛芬含量为1% 时达到最大，后随布洛芬含量的增加G'' 逐渐减小，由此推测并经探针初粘力测试证实：布洛芬含量为1% 时初粘力最大；32 ℃时，G'' 随着布洛芬含量的增加而减小；经滚球测试证实：布洛芬的初粘力随其含量的增大而减小；两种环境下G'与G'' 表现出相同的趋势，压敏胶的持粘力随布洛芬含量增加而减小，提示布洛芬在丙烯酸压敏胶中具有增塑剂的作用。Wolff 等选择布洛芬、苯甲酸、烟酸和利多卡因为模型药物，探讨药物浓度对丙烯酸压敏胶和硅酮压敏胶流变学性质的影响，结果显示，当药物溶解在压敏胶中成饱和状态时，压敏胶的G' 减小，药物起到增塑剂的作用；当药物以晶体状态混悬在压敏胶中时，压敏胶的G' 增大，压敏胶的剥离强度增大。

2.2 其他组分对压敏胶性能的影响

贴剂中除了药物与压敏胶，往往需要加入增黏剂、增塑剂等辅料，用于改变压敏胶的理化性质，进而改善其黏附性能。增黏剂用于增加聚合物的流动性，从而增加黏性。增塑剂通常为小分子化合物，用于增加聚合物的柔韧性与延展性，降低玻璃转化温度，减小其抗张强度、刚性和韧性。

2.3 压敏胶黏附机制

Gibert 等系统研究压敏胶的流变学行为与剥离强度的相关性，结果显示，破坏类型与流变主曲线上的不同区域之间存在一一对应关系：①内聚破坏发生在低频率的末端区域；②Ⅰ型界面破坏发生在中低频率的橡胶区域；③粘- 流不稳定破坏发生在橡胶- 玻璃转变区；④Ⅱ型界面破坏发生在高频率的玻璃区域。Gibert 等进一步建立了剥离强度测试速度与频率之间的定量关系，合成模拟人类皮肤，分别测定压敏胶与皮肤模拟物的流变学主曲线，结果显示，当在测试速度对应的频率下，压敏胶与皮肤模拟物的G' 相近时，破坏类型由内聚破坏向粘-流不稳定破坏转变，当两者相差较大时，内聚破坏向界面破坏转变，这解释了压敏胶应用在人体的黏附机制。Chang建立了聚合物压敏胶的黏弹窗理论，认为压敏胶的黏附性能与其黏弹窗的位置存在特定的对应关系，将压敏胶分为4类，可直观地对压敏胶的性质进行定性比较。黏弹窗位于左上象限的黏弹体流动性差，不适合做压敏胶，可作为剥离涂料或者高弹体；黏弹窗位于右上象限的黏弹体具有高模量高损耗，可做为压敏胶；黏弹窗位于左下象限的黏弹体具有良好的流动性和较低的剥离强度，适合做剥离型压敏胶或医用压敏胶；黏弹窗位于右下象限的黏弹体，适合做低温压敏胶。

药典中将初粘力、持粘力和剥离强度作为压敏胶黏附性能的表征指标，但由于压敏胶的流变学性能最终决定其使用性能，因此，认识流变学参数与压敏胶黏附性能的定性与定量关系，有利于更深入地了解压敏胶。将流变学参数与压敏胶黏附性能的相关性应用于透皮制剂，可以进行处方设计与黏附机制的阐释，改变以往以经验规则与试错试验为主的处方筛选方式，为透皮制剂处方的设计与优化提供了新的途径与方法。因此，加强流变学与压敏胶相关性方面的研究，对新型压敏胶产品的开发具有重要意义。

作者简介：沈瑞雪，硕士研究生，专业方向：药剂学。

通信作者：罗华菲，研究员，从事经皮给药系统研究。

来源：世界临床药物

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