Изучение смачивания порошков на примере микроскопической целлюлозы

Смачиваемость кристаллической микроцеллюлозы, которая используется в фармацевтике в качестве наполнителя лекарств, была исследована с помощью метода Вашбума. Например, если таблетка содержит 20 мг медикамента и весит 0,5 г, то наполнитель составляет 0,48 г. Большая часть таблетки не имеет отношение к лекарству, следовательно, она должна быть не только инертна, но и хорошо растворима в воде и других биологических жидкостях.

Смачиваемость твердых однородных материалов легко определяют с помощью измерения краевого угла лежащей капли. Для пористых образцов (порошков, волокон) большую роль играет не только быстрое впитывание жидкости при контакте с поверхностью, но и капиллярные явления. Современные видеокамеры позволяют уловить каплю на поверхности пористого материала, но благодаря капиллярам и порам часть жидкости впитывается до то-го, как капля будет сформирована. Кроме того, оптический метода позволяют работать только в том случае, если ожидаемый краевой угол меньше 90°. Метод Вашбума основан на измерении прироста массы образца пористого материала в результате капиллярных явлений и адсорбции жидкости. Метод применим ко всем образцам, в том числе угол которых больше 90°.

Основное уравнение метода Вашбума описывает зависимость между временем, массой и краевым углом смачивания:

Уравнение Вашбума содержит две неизвестных - постоянную материала (с) и краевой угол (). При равномерной упаковке порошка можно определить постоянную материала с помощью жидкости, которая имеет краевой угол смачивания около = 0° (cos = 1). Для этих задач обычно используют н-гексан, который имеет низкое поверхностное натяжение (18.4 мН/м) при комнатной температуре.

Процессорный тензиометр KRUSS K100 с модулем измерения смачивания порошков и волокнистых материа-лов позволяет построить график в координатах m² - t, угол наклона полученной кривой дает краевой угол смачивания. На базе краевых углов смачивания одного образца несколькими жидкостями можно определить свободную энергию поверхности твердого образца. На базе поверхностной энергии можно заранее предсказать, будет ли жидкость смачивать порошок.

Адсорбция жидкостей на микрокристаллической целлюлозе	Определение поверхностной энергии по методу Зисмана

Измерение смачиваемости кристаллической микроцеллюлозы определяли на тензиометре K12 KRUSS (устаревшая модель). Сначала определи постоянную порошка с помощью н-гексана, а после сравнивали смачивающие характеристики воды и этиленгликоля. Для каж-дого эксперимента брали 2 г микрокристаллической целлюлозы, и повторяли измерение дважды для каждой жидкости.

В ходе эксперимента был получен график адсорбции жидкостей на микроцеллюлозе (рис.1, слева) и определены краевые углы смачивания для воды и этиленгликоля (табл.1). Для расчета поверхностной энергии микроцеллюлозы был построен график Зисмана (рис.1, справа). Поверхностная энергия микроцеллюлозы примерно равна 40 мН/м. Жидкости, по-верхностное натяжение которых больше 92 мН/м, не смогут смачивать данный порошок.