Пропелленты: классификация, требования

Cодержание

Введение ……………………………………………………………………	3
1. Пропелленты: классификация, требования ……………………………	5
2. Характеристика пропеллентов …………………………………………	10
2.1. Сжиженные газы …………………………………………………….	10
2.1.1. Фреоны …………………………………………………………..	10
2.1.2. Гидрофторалканы ……………………………………………….	12
2.1.3. Парафиновые углеводороды (пропан, бутан, изобутан) ……...	16
2.1.4. Хлорзамещенные углеводороды (винилхлорид, метилхлорид)	17
2.2. Сжатые газы …………………………………………………………	18
2.2.1. Азот ………………………………………………………………	18
Заключение …………………………………………………………………	20
Литература ………………………………………………………………….	21

 

Введение

Аэрозоли, как лекарственная форма, являются системой, в которой лекарственные и вспомогательные вещества находятся под давлением пропеллента в аэрозольном баллоне, герметически закрытом клапаном. При этом аэрозоли представляют собой двухфазные (газ и жидкость) или трехфазные (газ, жидкость и твердое вещество или жидкость) системы, в которых лекарственные и вспомогательные вещества могут находиться в растворенном, эмульгированном состоянии или в виде суспензии.

Препараты из аэрозольной упаковки получают в виде диспергированных в газовой среде жидких и твердых частиц, пен и пленок. Они предназначаются для ингаляций, нанесения на кожный покров, введения в полости тела.

Аэрозольная лекарственная форма имеет ряд преимуществ перед другими лекарственными формами (мазями, кремами, растворами, настойками), вследствие следующего:

- благодаря высокой дисперсности  аэрозольных частиц достигается быстрое и глубокое проникновение в ткани, полости, складки; при этом в значительной степени повышается фармакологическая активность препарата;

- при вдыхании аэрозоля препарат  не претерпевает тех изменений, которые имеют место при приеме  внутрь, т. е. отсутствуют факторы воздействия на препарат желудочного и кишечного сока с их активными ферментами, барьер печени, потери лекарственного соединения;

- обеспечивается микробная чистота  лекарственных препаратов в процессе  всего времени использования;

- лекарственные вещества защищены от вредного воздействия окружающей среды;

- аэрозольная упаковка обеспечивает  выход определенной дозы лекарственного  препарата;

- аэрозоли имеют также ряд  преимуществ перед инъекцией  лекарств подкожно, внутримышечно  и внутривенно; прежде всего отсутствует фактор боли;

- не нарушаются важные функции  биологических поверхностей термовлаго-газообмен, отсутствует парниковый эффект;

- обеспечивается экономичность, эстетичность, удобство применения.

Цель данной курсовой работы: обзор современных пропеллентов применяемых в производстве аэрозолей.

В соответствии с целью следует решить следующие задачи:

1. Дать характеристику пропеллентам, привести их классификацию и  требования к ним;

2. Дать характеристику сжиженным  газам: фреонам, гидрофторалканам, парафиновым углеводородам, хлорзамещенным углеводородам;

3. Дать характеристику сжатым  газам: азоту.

 

 

 

 

1. Пропелленты: классификация, требования

Пропеллент – газообразующий компонент аэрозоля, на потенциальной энергии которого основан принцип вытеснения содержимого баллона и его диспергирования.

Пропеллент должен отвечать следующим требованиям [10]:

• быть негорючим и невзрывоопасным;
• быть биологически безвредным;
• не оказывать раздражающего действия на кожу и слизистые оболочки;
• обладать химической совместимостью с лекарственными веществами;
• быть химически стойким и не подвергаться гидролизу;
• быть химически индифферентным к упаковке - аэрозольному баллону;
• не иметь запаха, вкуса и цвета;
• легко превращаться в жидкость при небольшом избыточном давлении (если его предполагается использовать в сжиженном виде).

Пропелленты, или эвакуирующие газы, служат для создания давления в аэрозольной упаковке. В качестве пропеллентов используется около 20 газообразных веществ.

Пропелленты классифицируются по величине давления насыщенных паров, по агрегатному состоянию при 20 °С и атмосферном давлении и по химической природе [9].

По величине давления насыщенных паров пропелленты подразделяют на основные и вспомогательные. Индивидуальные вещества, которые при 20 °С образуют избыточное внутреннее давление в упаковке (не ниже 2 атм), называют основными пропеллентами. Для снижения давления основные пропелленты комбинируют со вспомогательными, которые имеют низкое давление насыщенных паров (около 1 атм). Вспомогательные пропелленты не могут служить выталкивающими агентами и добавляются к основным для получения смеси с требуемым давлением насыщенных паров.

Жидкости, предназначенные для распыления при помощи аэрозольной упаковки, находятся в ней под давлением, которое создает пропеллент. В качестве пропеллентов для распыления жидкостей используют в основном

сжиженные газы:

1. фторхлорзамещенные углеводороды (фреоны),
2. гидрофторалканы,
3. парафиновые углеводороды (пропан, бутан, изобутан и др.),
4. хлорзамещенные углеводороды (винилхлорид, метилхлорид)

сжатые газы: азот.

Если пропеллентом служит сжиженный газ, то в зависимости от свойств жидкого продукта и пропеллента различают два случая [7]:

1. продукт и пропеллент совмещаются
2. продукт и пропеллент не совмещаются.

Продукт совмещается с пропеллентом. При совмещении жидкого пропеллента с жидким продуктом в аэрозольной упаковке возникают две фазы (рис. 1): А газовая (смесь насыщенных паров пропеллента и других летучих жидкостей, включенных в рецептуру), которая занимает свободное пространство в упаковке, и Б жидкая (смесь продукта и жидкого пропеллента).

Рис. 1. Аэрозольная упаковка, содержащая пропеллент, совмещающийся с активным продуктом: а — в стационарном состоянии; б — в действии.

Под давлением газовой фазы А жидкая фаза Б поднимается по сифонной трубке и через клапанное устройство попадает наружу, где пропеллент, бурно испаряясь, дробит жидкость на мельчайшие частицы Р. Перед употреблением не требуется взбалтывать упаковку, так как при хранении расслоения жидкости не происходит.

Рис. 2. Аэрозольная упаковка, содержащая эмульсию: а —  в стационарном состоянии (расслоение эмульсии); 6 -   распыление после взбалтывания (образование эмульсии). 

 

 

 В случае распыления эмульсий, где активное вещество является дисперсной фазой, пропеллент должен совмещаться со смесью жидких компонентов состава, образующих дисперсионную среду. При хранении аэрозольных упаковок эмульсии расслаиваются, как показано на рис. 2, а, причем образуются одна газовая фаза А и две жидкие Б и В. Фаза В представляет собой активное вещество пли его раствор, а Б — смесь пропеллента с остальными жидкими компонентами, не совмещающимися с раствором активного вещества. При взбалтывании упаковки (рис. 2,6) образуется одна жидкая фаза Б, в которой Б служит дисперсионной средой, а В дисперсной фазой. При открытом положении клапана, как и в предыдущем примере, насыщенные пары пропеллента (фаза А) выдавливают эмульсию наружу, где она дробится на мелкие частички Р. В обоих случаях газовая фаза, состоящая в основном из насыщенных паров пропеллентов, служит для выдачи жидкой фазы в воздух при открытом положении клапана. Жидкая фаза, состоящая из жидкого продукта и пропеллента, после выдачи из упаковки дробится в воздухе на мелкие частицы, благодаря бурному испарению содержащегося в ней пропеллента.

Размеры распыляемых частиц зависят от количества пропеллента в содержимом баллона, температуры кипения пропеллента, летучести растворителя, температуры окружающей среды, вязкости продукта, конструкции клапана и т. д. Внутреннее давление в упаковке не влияет непосредственно на размер частиц, так как оно определяется не количеством сжиженного газа в баллоне, а давлением его насыщенного пара, которое остается постоянным, пока не будет израсходована последняя капля пропеллента. От внутреннего давления зависит в некоторой степени конус.

Температура окружающей среды влияет на распыление следующим образом.

Во-первых, давление насыщенного пара пропеллента находится в прямой зависимости от температуры, т. е.  при понижении температуры – понижается, при повышении — повышается.

Во-вторых, растворители улетучиваются быстрее при повышенных температурах, чем при низких.

В-третьих, если используются вещества, вязкость которых сильно колеблется с изменением температуры, тогда и размеры образующихся частиц также будут зависеть от изменений температуры.

Иногда при повышении температуры содержимое баллона расслаивается. Это  явление исчезает при повышении температуры.

Летучесть растворителей также влияет на размеры частиц.  
Чем более легколетучи растворители, тем дисперсность распыления выше, и наоборот.   Конструкция используемых клапанов также определяет дисперсность струи. 

Продукт и пропеллент несовместимы. Такие системы используют обычно для  распыления  водных   растворов. В качестве пропеллентов применяются сжиженные пропан, бутан, изобутан и другие парафиновые углеводороды. Водный   раствор и жидкий пропеллент образуют две отдельные жидкие фазы (рис. 3), где вода образует нижний слой В, а парафиновые углеводороды (плотностью 0,5 – 0,6) – 
верхний слой Б. Пары пропеллентов образуют газовую фазу А.   

Рис. 3. Аэрозольная упаковка, содержащая пропеллент, не совмещающийся с активным продуктом.

 
     Такие аэрозольные упаковки  перед употреблением не разрешается  взбалтывать, т.к. жидкий пропеллент  здесь служит только для снабжения парами газовой фазы. Последняя обеспечивает соответствующее давление в упаковке. В отличие от предыдущего случая, здесь характер распыления зависит от внутреннего давления. 

Пропеллент, не совмещенный с водным раствором, в самом процессе дробления жидкости в воздухе не участвует. Для этой цели применяются специальные конструкции распылительных головок, которые механически дробят струю на мелкие частицы Р. Характер распыления зависит от силы подачи продукта в головку.

 

 

2. Характеристика пропеллентов

2.1. Сжиженные газы

2.1.1. Фреоны

Фреоны (хладоны) - при небольшом избыточном давлении и невысокой температуре окружающей среды из газообразного состояния переходят в жидкое.

За рубежом фреоны имеют различные названия - альгофрены (Италия), фригены (Германия), генетроны (США), арктроны (Англия) и др.

Применение хладонов удобно тем, что внутреннее давление в баллоне остается постоянным до тех пор, пока в нем находится хотя бы капля сжиженного газа. По мере расходования препарата из аэрозольной упаковки они переходят в газообразную фазу и поддерживают стабильное внутреннее давление, а также участвуют в диспергировании препаратов.

В прошлом применялись общепринятые хлорфторуглероды (ФХУ), такие как трихлормонофторметан (F11), дихлордифторметан (F12) (t°кип 29,8°С) и 1,2-дихлор-1,1,2,2-тетрафторметан (F114) (t°кип 3,5°C)

Маркировка фреонов. Цифры единиц - количество атомов фтора. Цифры десятков - количество атомов Н+1. Цифры сотен - количество атомов С-1.

Появление фреонов в 20-30-х гг. прошлого столетия стало революционным событием в развитии промышленности. Многие годы он использовался в качестве пропеллента и во многих отношениях отвечал требованиям к газу-носителю в аэрозольных баллончиках. Хлорфторуглерод удовлетворял главным требованиям: он нетоксичен, инертен, у него стабильная, химически ареактивная молекула, не имеет вкуса, запаха, не воспламеняется, имеет очень низкую растворимость в воде и липидах.

Фреон широко применяли в холодильной промышленности, в качестве газа-носителя и вытеснителя в бытовых аэрозолях, в противопожарной защите (в баллонах с пеной) и т. д.

Но, как оказалось, этот газ после проведения ингаляции не разрушается, а поднимается в верхние слои атмосферы, где может сохраняться до 100 лет. В стратосфере под воздействием солнечной радиации он высвобождает активный хлор, разрушающий озоновый слой, и вызывая образование «озоновых дыр». А поскольку озоновый слой защищает земную поверхность от солнечной радиации, его истощение представляет серьезную опасность не только для человека (возможность развития рака кожи, формирования катаракты, нарушение функции иммунной системы), но и для жизни в целом (нарушение наземных и морских экосистем). Когда была изучена и оценена роль фреонов в истощении озонового слоя Земли, было заключено соглашение, ограничивающее использование этих веществ – (Венская Конвенция 1985 г.), а в 1987 г. был принят Монреальский протокол (Montreal Protocol on Substance that deplete the Ozone Layer), призывающий ограничить производство и использование фреона. Согласно Монреальскому протоколу в развитых странах производство и потребление фреона должно было прекратиться с 1 января 1996 г. Временное исключение было сделано для жизненно важных препаратов, необходимых для поддержания здоровья и безопасности общества, при отсутствии технически и экономически доступных альтернатив, приемлемых с позиций охраны окружающей среды и здоровья, что в первую очередь относится к препаратам для лечения бронхиальной астмы и хронической обструктивной болезни легких.