Аэросил – диоксид кремния
Физико-химические свойства аэросила (диоксида кремния)
Аэросил (от латинского слова - Aerosilum), оксилы (от латинского слова - Oxylum) кремния диоксид, Silica colloidalis anhydrica (Ph. Eur.), Colloidal silicon dioxide (USP), Colloidal anhydrous silica (BP), Silica (CAS № 7631-86-9) - аморфный диоксид кремния безводный, относится к группе синтетических активных высокодисперсных минеральных наполнителей. В фармации аэросил (диоксид кремния) используется как вспомогательное вещество, стабилизатор, гелеобразователь, адсорбент, улучшает текучесть таблетированных, мазевых, гелевых и других смесей. Иногда диоксид кремния используется как активный фармакологичекий ингридиент (обладает бактерицидными свойствами, детоксикант, сорбент).
Получают диоксид кремния путем гидролиза паров кремния тетрахлорида в пламени водорода при температуре> 1000 ° С (1100-1400 ° С). Полученный продукт - белый, аморфный, непористый, индифферентный порошок распыляется, содержит 99,3% SiO2; имеет высокую дисперсность (диаметр частиц 4-40 мкм, имеют сферическую или почти сферическую форму), удельная адсорбционная поверхность составляет 50-450 м2/г; насыпной объем приблизительно 50 г/л, плотность - 2,36 г/см3; рН водной суспензии - 4,0; показатель преломления n20D = 1,46. Аэросил не растворяется в воде, кислотах и разбавленных щелочах. При концентрации аэросила в воде в количестве 10-12% образуется маловязкая текучая суспензия, при 17% - полужесткая масса, при 20% - крупчатая, которая при растирании превращается в гомогенную мазеобразный массу. В связи с большим сродством к воде аеросил относят к гидрофильным веществам. Зато диоксид кремния (аэросил) марки R972 имеет гидрофобные свойства.
Существует несколько торговых марок аэросила (диоксида кремния), которые различаются в основном по величине удельной поверхности, степенью гидрофильности или гидрофобности, а также наличием других веществ-наполнителей. Согласно определению номенклатурной комиссии аморфный диоксид кремния получил название оксида. В Украине химико-металлургическим комбинатом по лицензии фирмы «Degussa» производятся немодифицированный стандартный аэросил марок 175; 300 380 с гидрофильной поверхностью; метилаэросил АМ-1/175 и АМ-1/300, модифицированный диметилдихлорсиланом; эфироорганоаэросил марок АДЕГ-175 и АДЕГ-300, модифицированных этиленгликолем и диэтиленгликолем, и АМ-2, модифицированный аминоспиртами. В США производят модифицированный аэросил - органосил и кебосил (фирма «Cabot»), в России - бутосил, аэросил-К, который составляет сочетание 85% диоксида кремния и 15% крахмала, аэросил марки СОК-84, который является коагулянтом 85% диоксида кремния и 14% оксида аммония. В Германии фирма «Degussa» производит гидратированные марки аэросила, содержащих связанную воду (дуросил, вулкасин, сифлокс, ультрасил и др.), которые отличаются содержанием SiO2, диаметром частиц, плотностью и свойствами), аэросил в виде суспензий (К-314, содержит 14% А., К-328, содержит 28% А.). В Японии производится микросил и носил, во Франции - франсил, в Англии - маносил. Для косметики может производиться в виде пасты. Недавно аэросил внесен в фармакопеи различных стран (Венгрии, Дании, Австрии и др.). В США диоксид кремния (аэросил) разрешен также как добавка к пищевым продуктам в количестве 2%.
Аэросил относят к теории «чистых» веществ, которые высвобождают активные ингредиенты без затраты энергии. Электронно-микроскопические исследования показали, что каждая основная частица аэросила состоит из четырех отдельных слоев (рисунок). Ядро этой частицы является трехмерным полимером из элементов SiO2. Имея на поверхности частиц Силан Si-OН и силоксановые Si-O-Si группы, аэросил способен за счет водородных связей создавать узороподобный каркас, позволяющий ограничивать температурное расширение загущенной жидкости. Силоксановые и силановые группы в аэросиле являются функциональными, а связь кремний - кислород характеризуется высокой прочностью (достигает 372,5 Дж / моль), что объясняется его полярностью, благодаря которой ковалентная связь приближается к ионной связи.
Таблица – Основные свойства диоксида кремния (аэросила)
| Структура аэросила (сегмент основного участка) | Описание | Реакция на повышение температуры |
| Несвязанная вода | Освобождается при 105 °С | |
| Связанная вода | Освобождается при 105–200 °С | |
| Группы SiOН на поверхности кремнезема | Превращается в силоксановые группы при ≥200 °С2SiOН = Si–O–Si + Н2О | |
| Ядро кремнезема | Тпл 1700 °С |
Рисунок. Структура пространственной сетки аэросила в гидрогеле
Силаноловые группы распределены неравномерно. Различают поверхностные силановые группы, которые могут быть свободными или соединенными водородными мостиками, и силанола группы внутри молекулы, которых также могут быть соединены между собой водородными мостиками. В результате создается разветвленная объемная структура, в результате чего аэросил относят к неорганическим полимерам. Силоксановые группы имеют гидрофобные свойства, они стабильны (ОН силaноловои группы отщепляются при температуре> 300 ° С), обусловливают кислую реакцию; имеют гидроксильные группы как на поверхности, так и внутри молекулы аэросила. При равномерном распределении каждый второй атом кремния имеет гидроксильную группу на поверхности.
Это и обуславливает три вида взаимодействия аэросила: физическую адсорбцию, химическую адсорбцию (образование водородных мостиков группами силанола с водой, спиртами, кислотами и другими веществами) и химические реакции на поверхности молекулы. Так, группы силанола взаимодействуют со спиртами, образуя эфиры.
Аэросил (диоксид кремния) имеет хорошие сорбционные свойства, поглощает от 15 до 60% различных жидкостей в зависимости от их природы, не меняя внешнего вида и сыпучести порошка. Первый слой воды абсорбируется аэросилом за счет создания водородных мостиков (химическая адсорбция), а последующие слои - за счет физической адсорбции. Физически адсорбированная вода высвобождается при температуре 25-150 ° С, тогда как химически адсорбированная - при 800 ° С.
Аэросил, который используется для производства лекарств, должен иметь высокую чистоту. В таблице 1 приведен химический состав различных торговых марок аэросила, которые могут иметь определенные примеси, образующиеся при производственных процессах, например, следы соляной кислоты, которая вызывает рН 4% водной суспензии полимера (3,6-4,3). Итак, аэросил (диоксид кремния) ведет себя как слабая кислота.
Таблица 1 - Химический состав различных марок аэросила (в пересчете на сухое вещество, по М.М. Астраханову)
| Содержание, % | Марки аэросила, состав, % | ||||
| 200; 300; 380 | 0 | СОК84 | R972 | Комбинированный | |
| SiO2 | >99,87 | >99,8 | 82–86 | >98,3 | 85 |
| Al2O2 | <0,05 | <0,03 | 14–18 | <0,05 | – |
| Fe2O3 | <0,003 | <0,001 | <0,1 | <0,01 | – |
| TiO2 | <0,03 | <0,02 | – | 0,03 | – |
| Na2O | <0,0009 | – | – | – | – |
| As | <0,0001 | – | – | – | – |
| B2O3 | <0,003 | – | – | – | – |
| Bi2O3 | <0,0003 | – | – | – | – |
| P2O5 | <0,0005 | – | – | – | – |
| HCl | <0,025 | <0,025 | <0,1 | – | 0,05 |
| Крахмал | – | – | – | – | – |
В таблице 2 приведены важнейшие физико-химические свойства разных марок аэросила, которые нашли широкое использование при производстве лекарств
Таблиця 2. Физико-химические свойства разных марок аэросила
| Показатель | Марки аэросила | |||||
| 200 | 300 | 380 | 0 | СОК-84 | R-972 | |
| Удельная поверхность, м2/г | 200±25 | 300±30 | 380±30 | 200±25 | 170±30 | 120±30 |
| Потери при прокаливании,% | 1 | 2 | 2,5 | 1 | 1 | 2 |
| Средний размер частиц | 12 | 7 | 7 | 12 | – | 16 |
| Содержание влаги, % (высушенный при 105 °С) | – | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 0,5 | 2,5 |
| Насыщенная масса, г/л, стандарт (непрессованый) прессованный | ≈60≈120 | |||||
| Пористость | Пористый | Непористый | ||||
| рН 4% водной дисперсии | 3,6–4,3 | – | – | 3,6–4,3 3,5–4,1 (в метаноле) |
||
В производстве лекарств аэросил используют в качестве стабилизатора суспензионных маслянных линиментов. Обладает высокой способностью к адсорбции различных жидкостей. Добавление аэросила в состав масляных и водно-спирто-глицериновых суспензионных линиментов способствует повышению седиментационной, агрегационной и агрегативной устойчивости этих систем, созданию достаточно прочной пространственной структуры, способной удерживать в ячейках иммобилизованные жидкую фазу со взвешенными частицами фармацевтических субстанций. В водных и водно-спиртовых суспензиях стабилизирующее действие аэросила обусловлена главным образом электростатическими силами. Оседания частиц твердой фазы в стабилизированных водно-спиртовых суспензиях происходит в 3 раза медленнее, чем в нестабилизированных системах. Стабилизирующая действие аэросила возрастает при наличии небольшого количества ПАВ, например, твина-80. Наличие аэросила (в концентрации 1,0-5,0%) в эмульсиях и суспензиях повышает их стабильность, способность к лучшей фиксации на коже и эффективность терапевтического действия. С водой и спиртом диоксид кремния в концентрации 3% создает мутные суспензии, доли которых имеют отрицательный заряд.
Одним из свойств аэросила является его загустительная (загуститель) способность (табл. 3).
Таблица 3. Загустительный эффект аэросила-200
| Жидкость | Количество аэросила-200 (%), добавленная до получения плотно-вязко-пластичной массы |
| Рыбий жир | 8–10 |
| Вазелиновое масло | 8 |
| Арахисовое масло | 10 |
| Оливковое масло | 8–10 |
| Полиэтиленгликоль 400 | 8 |
| Цетиловий спирт | 8–12 |
| Глицерин | 8–10 |
| Ванилин жидкий | 8–12 |
| Эсилон-4 | 8 |
Это свойство используется для получения аэросилсодержащих гелей и мазевых основ, в состав которых входит аэросил. Как жидкую фазу для их композиций используют полиэтилсилоксановую жидкость под названием Эсилон-5 или Эсилон-4, рыбий жир, ПЭГ-400, касторовое масло, жирные масла и тому подобное. Эсилон-5 загущенный 16% аэросила известный как Вазелин КВ-Е / 16, не раздражает кожу, не препятствует всасыванию действующих веществ. В качестве загустителя жидкой фазы используют аэросил (диоксид кремния) в количестве 8-16%. Полученные гели имеют мягкую пластичную консистенцию, хорошо распределяются и фиксируются на коже. Они имеют хорошую коллоидную стабильность при повышенной температуре (≥40 ° С), сохраняют необходимую консистенцию, которая не меняется даже при 100 ° С, а потому аэросилсодержащие гели и мази могут применяться в условиях тропического климата. По структурно-механическим свойствам гели, в состав которых входит аэросил, составляют тиксотропные пластические термостабильные системы и обладают антимикробной устойчивостью. Количественное содержание аэросила в системе влияет на реологические и биофармацевтические свойства гелей. Увеличение диоксида кремния в составе гелей приводит к росту их пластической вязкости и тиксотропных свойств, при этом заметно замедляется высвобождение активного фармакологического ингридиента.
Применение аэросила (диоксида кремния) в медицинской и ветеринарной фармацевтической промышлености
В производстве таблеток аэросил используется в концентрации 0,1-0,5% как скользящее и взрыхляющее (0,1-2,0%) вещество, что сокращает время их распада, облегчает процесс грануляции, улучшает текучесть таблетированной массы. Адсорбционные свойства аэросила используют в производстве порошков, экстрактов и других фармацевтических препаратов.
Многочисленными фармакологическими, токсикологическими и биофармацевтическими исследованиями подтверждено, что аэросил при внутреннем применении индифферентный, хорошо переносится больными, обладает лечебными свойствами при заболеваниях желудочно-кишечного тракта и других воспалительных процессах, может быть источником снабжения кремния в организме. Есть сведения о том, что аэросил (диоксид кремния) может способствовать сокращению гладких мышц и сосудов, а также обладает бактерицидными и бактериостатическими свойствами.
Аэросилсодержащие фармацевтические системы не проявляют раздражающего и токсического действия. Такие же свойства присущи мазям при использовании эсилона и аэросила как основы (композиция эсилона-5, загущенная 15% аэросилом при изготовлении мазей с антибиотиками и кортикостероидами). Мази с аэросилом (диоксидом кремния) легко выдавливаются из туб, хорошо фиксируются на коже, обладают пролонгированным действием.
Литература
Жогло Ф., Возняк В., Попович В., Богдан Я. Вспомогательные вещества и их применение в технологии лекарственных форм. - Львов, 1996; Перцев И.М., Котенко А.М., Чуешов А.В., Халеева Е.Л. Фармацевтические и биологические аспекты мазей: Монография. - Х., 2003; Печковская К.А. Наполнение резин. В кн .: Энциклопедия полимеров. В 3 т. - М., 1974.
^Наверх