Введение к работе
Актуальность темы. Актуальность темы диссертации определяется ограниченным объемом надежных экспериментальных данных по получению наноразмерных и наноструктурированных композитных частиц в процессах расширения сверхкритических и газонасыщенных растворов, а также отсутствием единого математического описания зародышеобразования и роста частиц в канале и свободной струе, в том числе, в окрестности диска Маха в процессе быстрого расширения сверхкритических флюидных (СКФ) растворов. Также необходимо наличие надежных экспериментальных данных и методов математического описания растворимости веществ в СКФ и СКФ в полимерах. Для исследования состава наноструктурированных композитных частиц требуется разработка методики структурного и количественного анализа.
Работа выполнялась в ФГБОУ ВПО «КНИТУ» в рамках федерально-
целевой программы «Исследование и разработки по приоритетным направлениям
развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по
государственному контракту №16.552.11.7060 и «Научные и научно-
педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы» номер
соглашения 14.В37.21.0944». При поддержки РФФИ (проект 12-08-31176 мола).
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является
экспериментальное и теоретическое исследование процессов
структурообразования и модификации микронных и наноразмерных фармацевтических субстанций в процессах расширения сверхкритических и газонасыщенных растворов. Для решения поставленной цели решаются следующие задачи:
1) создание экспериментальной установки для исследования растворимости
веществ проточным методом, в широком интервале температур и давлений;
2) экспериментальное и теоретическое исследование растворимости ибупрофена и
метилпарабена в сверхкритическом диоксиде углерода и диоксида углерода в
полиэтиленгликоле 4000. Определение эмпирических параметров бинарного
межмолекулярного взаимодействия.
3) модернизация экспериментальной установки RESS-100 фирмы Thar для
исследования процессов зародышеобразования и роста частиц в свободной струе в
процессе быстрого расширения сверхкритических растворов (метод RESS) и для
исследования процесса быстрого расширения сверхкритических растворов в
водную среду (метод RESAS), при различной геометрии канала расширения и в
широком интервале температур и давлений;
4) экспериментальное и теоретическое исследование процессов
зародышеобразования и роста частиц на всем протяжении свободной струи и
окрестности диска Маха. Получение численного решения задачи единой модели
процесса зародышеобразования и роста частиц в процессе расширения СКФ
потока в канале с постоянным сечением и свободной струе.;
5) экспериментальное и теоретическое исследование влияния температуры и
давления системы, а также геометрии канала расширения на дисперсность,
средний размер и морфологию получаемых наночастиц ибупрофена и
метилпарабена методом RES AS;
6) создание экспериментальной установки для реализации процесса получения
композиционных частиц из газонасыщенных растворов (метод PGSS) в широком
интервале температур и давлений;
-
экспериментальное исследование влияния режимных параметров процесса PGSS на средний размер, дисперсность, морфологию, состав и структуру получаемых композиционных частиц ибупрофен/полиэтиленликоль 4000, метилпарабен/полиэтиленгликоль 4000;
-
разработка методики для определения количественного состава и структуры композиционных наноструктурированных материалов.
Научная новизна работы. Научная новизна основных положений диссертации заключается в следующем:
-
Новые результаты экспериментального исследования растворимости метилпарабена и ибупрофена в сверхкритическом С02 и сверхкритического С02 в полиэтиленгликоле 4000.
-
Получены эмпирические параметры бинарного межмолекулярного взаимодействия для систем ибупрофен-сверхкритический СОг, метилпарабен-сверхкритический СОг и сверхкритический СОг-полиэтиленгликоль 4000.
-
Новые экспериментальные результаты по диспергированию ибупрофена и метилпарабена методами RESS и RES AS.
-
Получено численное решение задачи единой модели зародышеобразования и роста частиц в приближении капельной теории в процессе расширения стационарного, двухмерного, вязкого, осесимметричного, и сжимаемого потока «сверхкритический диоксид углерода- ибупрофен» в канале с постоянным сечением и свободной струе в процессе RESS.
-
Получены наноструктурированные композитные частицы со встроенными молекулами ибупрофена и метилпарабена в монокристаллы полиэтиленгликоля 4000 в процессе с гетерогенного осаждения полиэтиленгликоля 4000 на стабильных наночастицах ибупрофена и метилпарабена методом PGSS.
Практическая значимость и результаты работы.
l.Ha основе новых экспериментальных результатов по растворимости фармацевтических субстанций в сверхкритическом СОг и растворимости диоксида углерода в полиэтиленгликоле 4000 в диапазоне температур 313-333 К и давлений 10-35 МПа можно составить материальные и энергетические балансы промышленных технологических процессов.
2. На основе экспериментальных исследований процесса RESAS выявлены
наилучшие режимные параметры для наиболее эффективного измельчения
ибупрофена (температура насыщения 120 С, давление в системе 25 МПа,
температура предрасширения 70 С, канал с соотношением 800\80 мкм) и
метилпарабена (температура насыщения 50 С, давление в системе 25 МПа,
температура предрасширения 70 С, канал с соотношением 800/50).
-
Получены наноструктурированные кристаллы ибупрофена/полиэтиленгликоля 4000 и метилпарабена/полиэтиленгликоля 4000 в широком интервале термодинамических параметров. Разработана методика, которая может быть использована для широкого класса прикладных задач.
-
Получены исходные данные на проектирование сверхкритических флюидных RESS и PGSS технологий, промышленного оборудования, а также для проведения бизнес-планирования.
Достоверность и обоснованность полученных экспериментальных данных в работе подтверждается применением действующих аттестованных методик и государственных стандартов, а также использованием аттестованных средств измерений с высоким классом точности, прошедших периодическую поверку.
Личный вклад автора в работу. Автором созданы и модернизированы экспериментальные установки в соответствии с целями и задачами исследования; проведены экспериментальные исследования, теоретически описаны результаты эксперимента.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на конференциях: г. Казань, 2010 г. «Интенсификация тепло- и массообменных процессов в химической технологии»; Байкал, 2011 г. «Сверхкритические флюиды (СКФ) фундаментальные основы, технологии, инновации»; 10-ом международном симпозиуме по СКФ (Сан-Франциско, США 2012); на 10-ой конференции по сверхкритическим флюидам и их применению (Салерно, Италия 2013);
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 8 в журналах из перечня ВАК и 4 тезисов докладов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 163 страницах, содержит 66 рисунка, 19 таблицы и состоит из введения, 4 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы из 158 источника отечественных и зарубежных авторов. Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:
