పాలిమర్లు
కంటెంట్‌లు
• చరిత్ర
• పరిచయం
• పాలిమర్ సంశ్లేషణ
- అదనంగా లేదా ఫ్రీ రాడికల్ ప్రతిచర్య
- సంక్షేపణ ప్రతిచర్య
• పాలిమర్ల వర్గీకరణ
• పాలిమర్ల లక్షణాలు
• ఔషధ వినియోగం కోసం పాలిమర్ల యొక్క ఆదర్శ లక్షణాలు
• పాలిమర్ల ప్రయోజనాలు
• ఫార్మాస్యూటికల్ మరియు బయోమెడికల్ రంగంలో పాలిమర్ల అప్లికేషన్‌లు
శిక్షణ లక్ష్యాలు
ఈ అధ్యాయం ముగింపులో, విద్యార్థి వీటిని చేయగలరు:
• పాలిమర్ సంశ్లేషణలో చారిత్రక అభివృద్ధిని వివరించండి
• నిబంధనలను నిర్వచించండి, 'పాలిమర్', 'మోనోమర్', 'డిగ్రీ ఆఫ్ పాలిమరైజేషన్'
• ఫ్రీ రాడికల్ అడిషన్ మరియు కండెన్సేషన్ రియాక్షన్ ద్వారా పాలిమర్ సంశ్లేషణను వివరించండి
• పాలిమర్‌లను వర్గీకరించండి
• పాలిమర్ల భౌతిక, యాంత్రిక మరియు ఉష్ణ లక్షణాలను వివరించండి
• ఔషధ వినియోగం కోసం పాలిమర్ల యొక్క ఆదర్శ అవసరాలను నమోదు చేయండి
• పాలిమర్ల ప్రయోజనాలను వివరించండి
• ఫార్మాస్యూటికల్ మరియు బయోమెడికల్ రంగంలో పాలిమర్ల అప్లికేషన్‌లను చర్చించండి
చరిత్ర
• 1845లో క్రిస్టియన్ ఎఫ్. స్కోన్‌బీన్ రూపొందించిన గన్‌కాటన్ (సెల్యులోజ్ నైట్రేట్) మొట్టమొదటి సెమీసింథటిక్ పాలిమర్.
- అత్యంత పేలుడు
- పేలవమైన ప్రాసెసిబిలిటీ
- పేద ద్రావణీయత
• సెల్యులాయిడ్ (ప్లాస్టిసైజ్డ్ సెల్యులోజ్ నైట్రేట్)
• సెల్యులోజ్ అసిటేట్ (సెల్యులోజ్ ఎసిటిక్ యాసిడ్‌తో చికిత్స చేయబడింది)
• అసిటోన్‌లో కరిగే హైడ్రోలైజ్డ్ సెల్యులోజ్ అసిటేట్
• 1872లో, ఫినాల్ మరియు ఫార్మాల్డిహైడ్ ఆధారంగా బలమైన మరియు మన్నికైన సింథటిక్ పాలిమర్ అయిన బేకలైట్ కనుగొనబడింది.
• ఇతర సింథటిక్ పాలిమర్లు తరువాత కనుగొనబడ్డాయి
– పాలిథిలిన్ (1933)
– పాలీ (వినైల్ క్లోరైడ్) (1933)
– పాలీస్టైరిన్ (1933)
– పాలిమైడ్ (1935)
– టెఫ్లాన్ (1938)
– సింథటిక్ రబ్బర్లు (1942)
1953లో రసాయన శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతిని అందుకున్న హెర్మన్ స్టౌడింగర్ 1922లో "స్థూల కణ" అనే పదాన్ని ఉపయోగించారు మరియు పాలిమర్‌లను సూచించడానికి దీనిని ఉపయోగించారు.
'పాలిమర్' మరియు 'మాక్రోమోలిక్యూల్' మధ్య తేడా ఏమిటి?
పరిచయం
సింగిల్ à మోనో
అనేక à POLY
పాలిమర్లు అధిక పరమాణు బరువు సమ్మేళనాలు లేదా సమయోజనీయ లేదా రసాయన బంధాల ద్వారా అనుసంధానించబడిన మోనోమర్‌లు అని పిలువబడే అనేక పునరావృత ఉపవిభాగాలతో కూడిన అణువులు.
• పాలిమరైజేషన్ - మోనోమర్లను ఒకదానితో ఒకటి అనుసంధానించడం ద్వారా స్థూల అణువుల ఏర్పాటు ప్రక్రియ
• పాలిమరైజేషన్ డిగ్రీ (DP) - పాలిమర్ యొక్క సగటు పరమాణు బరువు మోనోమర్ యొక్క పరమాణు బరువుతో భాగించబడుతుంది
పాలిమర్ లక్షణాలు
ద్వారా నిర్ణయించబడింది
• పొడవు
• పరమాణు బరువు
• వెన్నెముక నిర్మాణం
• సైడ్ చైన్
పాలిమర్లు వాయు స్థితిలో ఉండగలవా?
పాలిమర్ల లక్షణాలలో మార్పులు
పరమాణు బరువును మార్చడం
మోనోమర్ బిల్డింగ్ బ్లాకుల నిర్మాణాన్ని మార్చడం
వాటిని ఇతర పాలిమర్‌లతో కలపడం
పాలిమర్ సంశ్లేషణ
పద్ధతులు
- అదనంగా పాలిమరైజేషన్
– కండెన్సేషన్ పాలిమరైజేషన్
అదనంగా పాలిమరైజేషన్/ ఫ్రీ-రాడికల్ పాలిమరైజేషన్
మోనోమర్ డబుల్ బాండ్ కలిగి ఉంది
• ఇనిషియేటర్ అనేది అస్థిర అణువు, ఇది వేడి, కాంతి, రసాయన లేదా అధిక-శక్తి వికిరణం చర్యలో రెండు రాడికల్-వాహక జాతులుగా విభజించబడింది.
• ప్రతి ఇనిషియేటింగ్ రాడికల్ మోనోమర్ యొక్క డబుల్ బాండ్‌పై దాడి చేయగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది
• మోనోమర్‌లోని π బంధం విచ్ఛిన్నం కావడానికి సాధారణంగా తక్కువ శక్తి అవసరం; కాబట్టి, మోనోమర్‌పై ఫ్రీ రాడికల్‌ని జోడించడం ద్వారా ఈ సైట్‌లో పాలిమరైజేషన్ ప్రారంభమవుతుంది
• రాడికల్ మోనోమర్‌కు బదిలీ చేయబడుతుంది మరియు మోనోమర్ రాడికల్ ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది. పాలిమరైజేషన్‌లో ఈ దశను దీక్ష అంటారు.
• మోనోమర్ రాడికల్ మరొక మోనోమర్‌పై దాడి చేయగలదు, ఆపై మరొక మోనోమర్, మరియు మొదలైనవి. ఈ దశను ప్రచారం అంటారు, దీని ద్వారా మాక్రోరాడికల్ ఏర్పడుతుంది.
• ఈ విధంగా తయారు చేయబడిన మాక్రోరాడికల్స్ మరొక స్థూల రాడికల్‌తో లేదా మరొక జడ సమ్మేళనంతో (ఉదా., రియాక్షన్‌లో ఒక అశుద్ధత) మరొక ప్రతిచర్యకు లోనవుతాయి, ఇది స్థూల రాడికల్‌ను అంతం చేస్తుంది.
యాక్రిలిక్ యాసిడ్, అక్రిలమైడ్, యాక్రిలిక్ లవణాలు (సోడియం అక్రిలేట్ వంటివి) మరియు యాక్రిలిక్ ఎస్టర్లు (మిథైల్ అక్రిలేట్) వంటి మోనోమర్‌లు డబుల్ బాండ్‌లను కలిగి ఉంటాయి మరియు వాటిని అదనపు ప్రతిచర్యల ద్వారా పాలిమరైజ్ చేయవచ్చు.
స్టైరిన్ యొక్క అడిషన్ లేదా ఫ్రీ-రాడికల్ పాలిమరైజేషన్
కండెన్సేషన్ పాలిమరైజేషన్ / స్టెప్ పాలిమరైజేషన్
• మోనోమర్ డబుల్ బాండ్‌ను కలిగి ఉండకపోయినా హైడ్రాక్సిల్, కార్బాక్సిల్ లేదా అమైన్‌ల వంటి ఫంక్షనల్ గ్రూపులను కలిగి ఉంటే, అవి సంక్షేపణం ద్వారా సంకర్షణ చెందుతాయి
• ఉదాహరణ, అమైన్ అవశేషాల నుండి రియాక్టివ్ హైడ్రోజన్‌ను కలిగి ఉన్న మోనోమర్ కొత్త ఫంక్షనల్ గ్రూప్ (అమైడ్) మరియు నీటిని ఒక సైడ్ ప్రొడక్ట్‌గా ఉత్పత్తి చేయడానికి రియాక్టివ్ హైడ్రాక్సిల్ గ్రూప్ (కార్బాక్సిల్ సమూహం యొక్క అవశేషాలు) కలిగిన మరొక మోనోమర్‌తో చర్య తీసుకోవచ్చు.
• నైలాన్ డైమైన్ మరియు డయాసిడ్ క్లోరైడ్ యొక్క కండెన్సేషన్ పాలిమరైజేషన్ ద్వారా తయారు చేయబడుతుంది
కండెన్సేషన్ పాలిమరైజేషన్ యొక్క ఉదాహరణలు
పాలిమర్ల వర్గీకరణ
కింది వాటి ఆధారంగా పాలిమర్‌లను వర్గీకరించవచ్చు
మోనోమర్ల స్వభావం
1. హోమోపాలిమర్లు
2. కోపాలిమర్లు
మోనోమర్ల అమరిక
1. యాదృచ్ఛిక
2. గ్రాఫ్ట్
3. నిరోధించు
పాలిమర్ యొక్క నిర్మాణం
1. లీనియర్
2. శాఖలుగా
3. క్రాస్‌లింక్ చేయబడింది
థర్మల్ స్పందన
1. థర్మోప్లాస్టిక్
2. థర్మోసెట్టింగ్
3. ఎలాస్టోమర్
మూలం
1. సహజమైనది
2. సెమిసింథటిక్
3. సింథటిక్
కోపాలిమర్లు మరియు హోమోపాలిమర్లు
• ఒక మోనోమర్ ప్రమేయం ఉన్నట్లయితే, ప్రక్రియను పాలిమరైజేషన్ అంటారు మరియు ఉత్పత్తి హోమోపాలిమర్
• కోపాలిమరైజేషన్ అనేది ఒకటి కంటే ఎక్కువ రకాల మోనోమర్లను కలిగి ఉండే పాలిమరైజేషన్ ప్రతిచర్యను సూచిస్తుంది
• సాధారణంగా, కోపాలిమరైజేషన్ రెండు రకాల మోనోమర్లను కలిగి ఉంటుంది
ఇతర పరిభాషలు
ఇంటర్‌పెనెట్రేటింగ్ పాలిమర్ నెట్‌వర్క్‌లు
థర్మోప్లాస్టిక్ మరియు థర్మోసెట్ పాలిమర్లు
థర్మోప్లాస్టిక్
• సరళ లేదా శాఖల నిర్మాణంతో పాలిమర్లు
• ద్రవీభవనానికి లోనవుతుంది
• థర్మోమెల్టింగ్ మరియు ఘనీభవన ప్రక్రియ నిరవధికంగా పునరావృతమవుతుంది
థర్మోసెట్
• క్రాస్-లింక్డ్ పాలిమర్లు
• రివర్సిబుల్ మెల్టింగ్ మరియు ఘనీభవనం లేదు
• ఒకసారి ఏర్పడిన తర్వాత, అది వేడెక్కినప్పుడు మెత్తబడదు మరియు మరింత వేడిని ఉపయోగించడంతో కుళ్ళిపోతుంది
ఎలాస్టోమర్లు
• వేడిని ఉపయోగించకుండా సులభంగా సాగదీయగల రబ్బర్ పాలిమర్లు
• వర్తించే ఒత్తిడిని విడుదల చేసినప్పుడు, అవి అసలు పరిమాణాలకు తిరిగి వస్తాయి
• క్రాస్‌లింకింగ్ తక్కువ సాంద్రత కలిగి ఉండండి
బయోడిగ్రేడబుల్ మరియు నాన్ బయోడిగ్రేడబుల్ పాలిమర్లు
• సహజ పర్యావరణం మరియు జీవ వ్యవస్థలలో క్షీణతకు గురయ్యే పాలిమర్ల సామర్థ్యం ఆధారంగా
• బయోడిగ్రేడబుల్ - అడ్మినిస్ట్రేషన్ సైట్ నుండి నెమ్మదిగా అధోకరణం చెందుతుంది
• నాన్-బయోడిగ్రేడబుల్ - ఉపయోగం యొక్క వాతావరణంలో జడమైనది
పాలిమర్ లక్షణాలు
థర్మల్
భౌతిక
మెకానికల్
థర్మల్
• ద్రవీభవన స్థానం
• గ్లాస్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత
భౌతిక
• పరమాణు బరువు
• మోలార్ వాల్యూమ్
• సాంద్రత
• పాలిమరైజేషన్ డిగ్రీ
• పదార్థం యొక్క స్ఫటికీకరణ
మెకానికల్
• సాగదీయడం
• బెండింగ్
• హార్డ్ లేదా సాఫ్ట్
• పునరావృత లోడ్ యొక్క దరఖాస్తుకు ప్రతిస్పందన
భౌతిక లక్షణాలు - పాలిమరైజేషన్ మరియు మాలిక్యులర్ బరువు యొక్క డిగ్రీ
• పాలిమర్ అణువులోని పాలిమరైజేషన్ (DP)-n స్థాయిని పాలిమర్ చైన్‌లో పునరావృతమయ్యే యూనిట్ల సంఖ్యగా నిర్వచించబడుతుంది - (-CH 𝟐 - CH 2 -)- n
• పాలిమర్ అణువు యొక్క పరమాణు బరువు అనేది పాలిమరైజేషన్ డిగ్రీ మరియు పునరావృత యూనిట్ యొక్క పరమాణు బరువు యొక్క ఉత్పత్తి.
సగటు పరమాణు బరువు
• పాలిమర్ అణువులు ఒకేలా ఉండవు కానీ వివిధ స్థాయిల పాలిమరైజేషన్‌తో, అంటే విభిన్న పరమాణు బరువులతో అనేక జాతుల మిశ్రమంగా ఉంటాయి. అందువల్ల, పాలిమర్ల విషయంలో మేము పరమాణు బరువుల సగటు విలువల గురించి మాట్లాడుతాము
పాలిమర్ మాలిక్యులర్ బరువు యొక్క ప్రాముఖ్యత
• భౌతిక లక్షణాలు (పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత, స్నిగ్ధత మొదలైనవి) మరియు యాంత్రిక లక్షణాలు (బలం, దృఢత్వం మరియు మొండితనం వంటివి) పాలిమర్ యొక్క పరమాణు బరువుపై ఆధారపడి ఉంటాయి.
• పరమాణు బరువు తక్కువ, పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత, స్నిగ్ధత మరియు యాంత్రిక లక్షణాలను తగ్గిస్తుంది
• పెరిగిన పరమాణు బరువుతో గొలుసుల చిక్కులు పెరగడం, పాలిమర్ కరిగిన స్థితిలో అధిక స్నిగ్ధతను పొందుతుంది, ఇది పాలిమర్ ప్రాసెసింగ్ కష్టతరం చేస్తుంది
భౌతిక లక్షణాలు - పాలీడిస్పర్సిటీ ఇండెక్స్ (PDI) లేదా హెటెరోజెనిటీ ఇండెక్స్
• డిస్పర్సిటీ మిశ్రమంలోని అణువులు లేదా కణాల పరిమాణాల వైవిధ్యతను కొలుస్తుంది
• అణువులు ఒకే పరిమాణం, ఆకారం లేదా ద్రవ్యరాశిని కలిగి ఉంటే మిశ్రమాన్ని మోనోడిస్పెర్స్ అంటారు
• మిశ్రమంలోని అణువులు అస్థిరమైన పరిమాణం, ఆకారం మరియు ద్రవ్యరాశి పంపిణీని కలిగి ఉంటే, ఆ మిశ్రమాన్ని పాలీడిస్పెర్స్ అంటారు.
PDI 1కి సమానం లేదా అంతకంటే ఎక్కువ
పాలిమర్ గొలుసులు ఏకరీతి గొలుసు పొడవును చేరుకున్నప్పుడు, PDI ఐక్యతకు చేరుకుంటుంది
భౌతిక లక్షణాలు - పాలిమర్ స్ఫటికీకరణ
సెమీ స్ఫటికాకార పాలిమర్
స్ఫటికాకార మరియు నిరాకార పాలిమర్లు
స్ఫటికాకార పాలిమర్
• పాలిమర్ నిర్మాణం సరళంగా ఉంటే, పాలిమర్ చైన్‌లు సాధారణ శ్రేణుల్లో కలిసి ప్యాక్ చేయగలవు
నిరాకార పాలిమర్
• అనేక సందర్భాల్లో, ఒక పాలిమర్ యొక్క నిర్మాణం చాలా క్రమరహితంగా ఉంటుంది, స్ఫటిక నిర్మాణం థర్మోడైనమిక్‌గా సాధ్యం కాదు
భౌతిక లక్షణాలు - పాలిమర్ స్ఫటికీకరణ
నిరాకార O% ß పాలిమర్ స్ఫటికత à >9O% స్ఫటికాకారం
• లామెల్లార్ స్ఫటికాకార రూపం - గొలుసులు ముడుచుకుంటాయి మరియు లామెల్లార్ నిర్మాణాన్ని సాధారణ పద్ధతిలో ఏర్పాటు చేస్తాయి
• నిరాకార రూపం -గొలుసులు క్రమరహిత పద్ధతిలో ఉంటాయి
• టై మాలిక్యూల్స్ - లామెల్లెలు నిరాకార భాగంలో పొందుపరచబడి ఉంటాయి మరియు టై అణువుల ద్వారా ఇతర లామెల్లెలతో సంభాషించగలవు
పాలిమర్ స్ఫటికీకరణ యొక్క ప్రాముఖ్యత
నెమ్మదిగా శీతలీకరణ + సాధారణ నిర్మాణ గొలుసులు
â
స్ఫటికీకరణ జరగడానికి తగిన సమయం అందుబాటులో ఉంది
â
స్ఫటికత యొక్క అధిక స్థాయి
దృఢమైనది మరియు అధిక ద్రవీభవన స్థానం కలిగి ఉంటుంది, కానీ వాటి ప్రభావ నిరోధకత తక్కువగా ఉంటుంది
ఉదాహరణలు: పాలిథిలిన్ మరియు PET పాలిస్టర్
నిరాకార పాలిమర్లు మృదువైనవి మరియు తక్కువ ద్రవీభవన బిందువులను కలిగి ఉంటాయి
ద్రావకం స్ఫటికాకార భాగం కంటే నిరాకార భాగాన్ని సులభంగా చొచ్చుకుపోతుంది
ఉదాహరణలు: పాలీస్టైరిన్ మరియు పాలీ(మిథైల్ మెథాక్రిలేట్)
పాలిమర్ స్ఫటికత - గోళాకారాలు
• కరిగిన పాలిమర్ చల్లబడితే, అప్పుడు స్ఫటికాకార లామెల్లెలు కేంద్రకం నుండి రేడియల్ దిశలో మూడు కోణాలతో పాటు స్పిరులైట్ అని పిలువబడే గోళాకార నిర్మాణానికి దారితీస్తాయి.
• నిరాకార ప్రాంతం స్ఫటికాకార లామెల్లెల మధ్య ఉంటుంది
• గోళాకారంలో అధికంగా ఆర్డర్ చేయబడిన లామెల్లె కారణంగా, ఇది అధిక సాంద్రత, కాఠిన్యం, తన్యత బలం మరియు యంగ్ యొక్క మాడ్యులస్‌ను చూపుతుంది
థర్మల్ లక్షణాలు
వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పాలిమర్‌లో నిరాకార ప్రాంతం
తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు
పాలిమర్లు స్తంభింపచేసిన స్థితిలో ఉన్నాయి
అణువులు కొద్దిగా కంపించగలవు కానీ గణనీయంగా కదలలేవు. ఈ స్థితిని గ్లాస్ స్టేట్ అంటారు
పాలిమర్ పెళుసుగా, గట్టిగా మరియు దృఢంగా గాజుతో సమానంగా ఉంటుంది.
అందుకే దీనికి గ్లాస్ స్టేట్ అని పేరు
అధిక ఉష్ణోగ్రతలు
పాలిమర్ గొలుసులు ఒకదానికొకటి కదలగలవు, మరియు పాలిమర్ మృదువుగా మరియు రబ్బరు వలె అనువైనదిగా మారుతుంది.
ఈ స్థితిని రబ్బర్ స్థితి అంటారు
గాజు పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత (Tg)
• గాజు స్థితి రబ్బరు స్థితికి మారే ఉష్ణోగ్రతను గాజు పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత (Tg) అంటారు.
• గాజు పరివర్తన నిరాకార ప్రాంతంలో మాత్రమే జరుగుతుంది మరియు గాజు పరివర్తన సమయంలో స్ఫటికాకార ప్రాంతం ప్రభావితం కాకుండా ఉంటుంది
• గాజు పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత అనేది పాలిమర్ యొక్క నిరాకార ప్రాంతం యొక్క లక్షణం, అయితే స్ఫటికాకార ప్రాంతం ద్రవీభవన స్థానం ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది
• గ్లాస్ ట్రాన్సిషన్ టెంపరేచర్ అనేది రెండవ ఆర్డర్ ట్రాన్సిషన్, అయితే మెల్టింగ్ పాయింట్ అనేది మొదటి ఆర్డర్ ట్రాన్సిషన్
గ్లాస్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత మరియు ద్రవీభవన స్థానం
• సెమీ-స్ఫటికాకార పాలిమర్ వాటి స్ఫటికాకార మరియు నిరాకార ప్రాంతాలకు సంబంధించిన రెండు పరివర్తనలను చూపుతుంది
• ఆ విధంగా, సెమీ-స్ఫటికాకార పాలిమర్లు నిజమైన ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రతలను (Tm) కలిగి ఉంటాయి, దీనిలో ఆర్డర్ దశ అస్తవ్యస్తమైన దశకు మారుతుంది
• నిరాకార ప్రాంతాలు గ్లాస్ ట్రాన్సిషన్ (Tg) అని పిలువబడే ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో మృదువుగా ఉంటాయి.
• గమనిక: నిరాకార పాలిమర్లు ద్రవీభవన స్థానం కలిగి ఉండవు, అయితే అన్ని పాలిమర్లు గాజు పరివర్తన ఉష్ణోగ్రతను కలిగి ఉంటాయి
ద్రవీభవన స్థానం ప్రభావితం చేసే అంశాలు
• పాలిమర్ చైన్‌లో డబుల్ బాండ్‌లు, సుగంధ సమూహాలు, స్థూలమైన లేదా పెద్ద సైడ్ గ్రూపులు ఉన్నట్లయితే, పాలిమర్ మెల్టింగ్ పాయింట్ Tm పెరుగుతుంది, ఎందుకంటే అవి గొలుసు యొక్క వశ్యతను పరిమితం చేస్తాయి.
• గొలుసుల శాఖలు ద్రవీభవన స్థానం తగ్గడానికి కారణమవుతాయి, ఎందుకంటే శాఖల కారణంగా లోపాలు ఏర్పడతాయి.
గాజు పరివర్తన ఉష్ణోగ్రతను ప్రభావితం చేసే అంశాలు
1. ఇంటర్మోలిక్యులర్ ఫోర్సెస్. బలమైన ఇంటర్మోలిక్యులర్ శక్తులు అధిక గాజు పరివర్తన ఉష్ణోగ్రతకు కారణమవుతాయి
2. చైన్ దృఢత్వం. పాలిమర్ చైన్‌లో గట్టిపడే సమూహాలు (అమైడ్, సల్ఫోన్, కార్బొనిల్, పి-ఫినైలిన్ మొదలైనవి) ఉండటం వలన గొలుసు యొక్క వశ్యతను తగ్గిస్తుంది, ఇది అధిక గాజు పరివర్తన ఉష్ణోగ్రతకు దారి తీస్తుంది.
3. క్రాస్-లింకింగ్. గొలుసుల మధ్య క్రాస్-లింక్‌లు భ్రమణ చలనాన్ని పరిమితం చేస్తాయి మరియు గాజు పరివర్తన ఉష్ణోగ్రతను పెంచుతాయి
4. Molecular Weight.Tg is increased with the molecular weight
5. Plasticizers.Plasticizers are low molecular weight and non-volatile materials added to polymers to increase their chain flexibility. They reduce the intermolecular cohesive forces between the polymer chains, which in turn decrease Tg
6. Pendant groups
• Bulky pendant groups: the presence of bulky pendant group, such as a benzene ring, can restrict rotational freedom, leading to higher glass transition temperature
• Flexible pendant groups: the presence of flexible pendant groups, for example, aliphatic chains, limits the packing of the chains and hence increases the rotational motion, tending to less Tg value
Crystalline or amorphous – Pharmaceutical perspective
• Polymer strength and stiffness increases with Crystallinity as a result of increased intermolecular interactions
An amorphous polymer is preferred when the release of a drug or an active material is intended
• Crystallinity increases the barrier properties of the polymer.
• Small molecules like drugs or solvents usually cannot penetrate or diffuse through crystalline domains
• Good barrier properties are needed when polymers are used as a packaging material or as a coating
Mechanical properties
1. Strength
2. Percentage elongation to break (Ultimate Elongation)
3. Young’s Modulus (Modulus of Elasticity or Tensile Modulus)
4. Toughness
5. Viscoelasticity
Strength
• Strength is the stress required to break the sample
• There are several types of the strength, namely,
Tensile (stretching of the polymer)
Compressional (compressing the polymer)
Flexural (bending of the polymer)
Torsional (twisting of the polymer)
Impact (hammering)
• The polymers follow the following order of increasing strength:
Linear < branched < cross-linked < network
Factors Affecting the Strength of Polymers
• Molecular Weight:In case of large molecular weight polymer, the chains become large and hence are entangled, giving strength to the polymer
• Cross-linking: The cross-linking restricts the motion of the chains and increases the strength of the polymer
• Crystallinity: The crystallinity of the polymer increases strength, because in the crystalline phase, the intermolecular bonding is more significant
Percent Elongation to Break (Ultimate Elongation)
• It measures the percentage change in the length of the material before fracture
• It is a measure of ductility
Ceramics have very low (<1%)
Metals have moderate (1–50%)
Thermoplastic (>100%),
Thermosets (<5%)
Young’s Modulus (Modulus of Elasticity or Tensile Modulus)
• Young’s Modulus is the ratio of stress to the strain in the linearly elastic region
• Elastic modulus is a measure of the stiffness of the material
Toughness
• The toughness of a material is given by the area under a stress–strain curve
• The toughness measures the energy absorbed by the material before it breaks
Mechanical Properties
The rigid materials possess high Young’s modulus (such as brittle polymers)
Ductile polymers also possess similar elastic modulus
Elastomers have low values of Young’s modulus and are rubbery in nature
Viscoelasticity
• There are two types of deformations: elastic and viscous
Elastic deformation
• In the elastic deformation, the strain is generated at the moment the constant load (or stress) is applied, and this strain is maintained until the stress is not released
• On removal of the stress, the material recovers its original dimensions completely, that is the deformation is reversible
Viscous deformation
• In viscous deformation, the strain generated is not instantaneous and it is time dependent
• The strain keeps on increasing with time on application of the constant load, that is, the recovery process is delayed
•When the load is removed, the material does not return to its original dimensions completely, that is, this deformation is irreversible
Ideal properties of polymer for pharmaceutical use
• Should be versatile and possess a wide range of mechanical, physical and chemical properties
• Should be non-toxic and have good mechanical strength and should be easily administered
• Should be inexpensive
• Should be easy to fabricate
• Should be inert to host and biodegradable
Advantages of Polymers
• Polymers are more resistant to chemicals than their metal counterparts
• Polymer parts do not require post-treatment finishing efforts, unlike metal
• Polymer and composite materials are up to ten times lighter than typical metals
• Polymer materials handle far better than metals in chemically harsh environments.
This avoids problems associated with corroding metal components
• In medical facilities polymer and composite materials are easier to clean and sterilize than metal
• Polymers with desirable properties can be synthesized by varying the monomers and their composition
Pharmaceutical applications of polymers
• The desirable polymer properties in pharmaceutical applications are
APPLICATION | PROPERTY |
Coating | Film forming |
Rheology Modifier | Thickening |
Controlled Release | Gelling |
Binding | Adhesion |
Controlled Release | pH-dependent solubility |
Taste Masking | Solubility in aqueous solvents |
Protection And Packaging | Barrier properties |
Binder
• In a traditional pharmaceutics area, such as tablet manufacturing, polymers are used as tablet binders to bind the excipients of the tablet
• Example: Poly(vinyl pyrrolidone) used as tablet granulation
Packaging materials for pharmaceutical products
• Flexible packages are made by the use of thin and flexible polymer films
• When they are wrapped around a product, they can easily adapt their shape to conform to the shape of the contents
• The thin, flexible films are usually produced from cellulose derivatives, Poly(vinyl chloride) (PVC), polyethylene, polypropylene, polyamide (nylon), polystyrene, polyesters, polycarbonate, poly(vinylidene chloride), and polyurethanes
• Heat sealable and are also capable of being laminated to other materials
• Rigid packages such as bottles, boxes, trays, cups, vials, and various closures are made from materials of sufficient strength and inflexibility
• Widely used polymers are high-density polyethylene, polypropylene, polybutene, poly(vinyl chloride), acrylic copolymers, polycarbonate, nylon, and polyethylene terephthalate (PET)
• Biodegradable PET is preferred due to environmental concerns, but it is expensive
Polyisoprene, ethylene propylene/dicylopentadiene copolymer, styrene/butadiene copolymer, polybutadiene, silicone elastomers, and natural rubber
Taste Masking
• Requirement for bitter drugs
• Applying polymer coatings
• It avoids direct contact of the bitter drug with the taste buds
A water-soluble polymer such as a cellulose acetate, cellulose butyrate, hydroxyethyl cellulose is used in taste masking of bitter drug
Rheology Modifiers
Natural sources
Starch, cellulose, alginate, carrageenan, collagen, gelatin, guar gum, pectin, and xanthan gum
Synthetic
PVA, polyurethanes, acrylic polymers, CMC, HPMC, HMC
Gelling
• Acacia, alginic acid, bentonite, Carbopols (now known as carbomers), carboxymethylcellulose, ethylcellulose (EC), gelatin, hydroxyethylcellulose, hydroxypropyl cellulose, magnesium aluminum silicate, methylcellulose (MC), poloxamers, polyvinyl alcohol (PVA), sodium alginate, and xanthan gum
Poly (vinyl chloride)
Blood bag, hoses, and tubing
Contact lenses
Hard contact lenses
Poly (methyl methacrylate)
Soft contact lenses
Poly (hydroxyethyl methacrylate)
Polystyrene
Water-Soluble Synthetic Polymer
Poly (ethylene oxide)à Coagulant, flocculent, swelling agent
Poly (vinyl pyrrolidone) àPlasma replacement, tablet granulation
Poly (vinyl alcohol)à Water-soluble packaging, tablet binder, tablet coating
Poly (ethylene glycol) àPlasticizer, base for suppositories
Poly (isopropyl acrylamide) and poly (cyclopropyl methacrylamide) à Thermogelling acrylamide derivatives, its balance of hydrogen bonding, and hydrophobic association changes with temperature
Water-Insoluble Biodegradable Polymers
(Lactide-co-glycolide) polymers à for protein delivery
Starch-Based Polymer
Sodium starch glycolate àSuperdisintegrant for tablets and capsules in oral delivery
Starch à Glidant, a diluent in tablets and capsules, a disintegrant in tablets and capsules, a tablet binder
Plastics and Rubbers
Polycyanoacrylate àBiodegradable tissue adhesives in surgery, a drug carrier in nano- and microparticles
Polychloroprene àSeptum for injection, plungers for syringes, and valve components
Polyisobutylene àPressure-sensitive adhesives for transdermal delivery
Silicones àPacifier, therapeutic devices, implants, medical grade adhesive for transdermal delivery
Polystyrene àPetri dishes and containers for cell culture
Poly (methyl methacrylate) àHard contact lenses
Poly (hydroxyethyl methacrylate) à Soft contact lenses
Poly (vinyl chloride) àBlood bag, hoses, and tubing
Hydrocolloids
Carrageenan àModified release, viscosifier
Chitosan àCosmetics and controlled drug delivery applications, mucoadhesive dosage forms, rapid release dosage forms
Pectinic acid àDrug delivery
Alginic acid àOral and topical pharmaceutical products; thickening and suspending agent in a variety of pastes, creams, and gels, as well as a stabilizing agent for oil-in-water emulsions; binder and disintegrant
Cellulose based polymers
Hydroxypropyl methyl cellulose à Binder for tablet matrix and tablet coating, gelatin alternative as capsule material
Hydroxyethyl and hydroxypropyl cellulose à Soluble in water and in alcohol, tablet coating
Summary
• Historical evolution of polymers from guncotton to today’s generation of modern polymers can be recalled
• ‘Poly’ means many and ‘mer’ means part
• Polymers are synthesized from monomers
• Polymers can be synthesized by addition or condensationreactions
• Addition method is used when there are double bonds in monomers
• Condensation requires reactive groups in monomers
• Polymers are classified based on several factors like, nature and arrangement of monomers, structure, source and thermal response of polymer
• Physical properties of polymers include molecular weight, degree of polymerization, crystallinity etc.
• Thermal properties include glass transition temperature and melting point
• Mechanical properties include strength, elongation, young’s modulus, toughness and viscoelasticity
• ఔషధ వినియోగం కోసం పాలిమర్‌లకు అవసరమైన కొన్ని నిర్దిష్ట లక్షణాలు ఉన్నాయి, అందుబాటు ధరలో లభ్యత, నాన్-టాక్సిసిటీ, బయోడిగ్రేడబిలిటీ మొదలైనవి.
• పాలీమర్‌ల యొక్క నిర్దిష్ట ప్రయోజనాలు ఔషధ మరియు బయోమెడికల్ రంగాలలోని నిర్దిష్ట అనువర్తనాలకు రుణాలు అందిస్తాయి
• పాలిమర్లు సంప్రదాయ మరియు సవరించిన డ్రగ్ డెలివరీ సిస్టమ్‌లలో అప్లికేషన్‌లను కనుగొంటాయి
• పాలిమర్లు ప్యాకేజింగ్ మరియు మెడికల్ డివైజ్ ఫ్యాబ్రికేషన్‌లలో కూడా ఉపయోగించబడతాయి
• బైండర్లు, గట్టిపడే ఏజెంట్లు, జెల్లింగ్ ఏజెంట్లు మొదలైన వాటి రూపంలో ఫార్మాస్యూటికల్ ఎక్సిపియెంట్‌లుగా.
PDF గమనికల కోసం డౌన్‌లోడ్ బటన్‌పై క్లిక్ చేయండి
0 Comments: