CN102504300A - 一种海藻酸钠和壳聚糖复合聚电解质流延膜的制备 - Google Patents
一种海藻酸钠和壳聚糖复合聚电解质流延膜的制备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种制备天然复合聚电解质流延膜的方法。通过配制海藻酸钠和壳聚糖可溶性的复合聚电解质混合溶液，运用溶体流延法制备复合聚电解质纳米纤维膜。本发明中用高浓度的甲酸作为屏蔽小分子，抑制了海藻酸钠的电离，配制了均一可电纺的复合聚电解质溶液。这种电荷的转变在生物工程技术领域存在较高的应用价值。本发明所使用的流延成膜的方法具有成本低、易操作、重复性好等特点，此外所得流延膜厚度均匀、透明性好。
Description
技术领域
本发明属于天然生物高分子材料领域，涉及复合聚电解质膜的制备方法。
背景技术
流延膜是通过熔体或溶体流延，通过骤冷或溶剂挥发获得无拉伸、非定向平挤膜。流延膜具有生产速率高、膜透明性好、膜厚均匀等特点而广泛应用于食品包装、生物医药等领域。
海藻酸钠(Sodium alginate，SA)是一种存在于褐藻中的天然高分子材料，它是由古洛糖醛酸(G段)和甘露糖醛酸(M段)无规交替键接形成的线性高分子。海藻酸钠由于其良好的生物形容性以及无毒、易生物降解等特性而用于食品、医药、日用化工等领域。特别地，海藻酸钠由于其温和的凝胶条件，而广泛应用于药物载体、组织修复以及细胞或基因载体等生物工程方面的研究。近年来，海藻酸钠被制备成微球、凝胶甚至纳米纤维的形态而应用于生物工程、生物医药等领域，但以海藻酸钠与聚阳离子电介质(如壳聚糖)复合膜形态却少有报道。壳聚糖(Chitosan，CS)是甲壳素经脱乙酰基处理后的产物，是自然界中存在的天然碱性多糖，它是一种环境友好型天然高分子。壳聚糖不仅具有无毒无害、良好的生物相容性、生物可降解性等优点，还具有抗癌性、抗菌性、止血性、增强人体免疫能力等诸多优异生理性能，而广泛地应用于组织工程、药物载体材料以及伤口敷料等方面。
复合聚电解质(polyelectrolyte complexes(PECs))是将两种带有相反电荷的聚合物混合，通过正负电荷间的静电力作用发生分子间的自组装而形成的一种复合材料。这种分子间的自组装在药物负载运输、基因工程等方面有潜在的应用价值。可溶性聚电解质复合物的形成必须满足下列条件：1)组成复合聚电解质的两组份聚电解质其中某一组分必须含有弱的电离基团；2)组成复合聚电解质的两组份聚电解质之间存在较大的分子量的差异；3)长链的组分过量；4)存在可起到屏蔽作用的小分子。如果一个或多个条件不能满足，则聚电解质发生聚集并且沉淀，不能获得可电放的均一溶液，从而不能流延成膜。
本发明采用溶体流延法制备复合聚电解质流延膜制备方法简单、成膜性好、制备的复合膜厚度均匀且有一定强度，在组织工程、伤口修复等领域存在较高应用价值。
发明内容
本发明目的在于提供制备一种pH可调节带电性的天然复合聚电解质流延膜的方法。该流延膜可作为生物组织工程、药物材料，在生物医用材料等方面具有良好的应用前景。
本发明的原理及方法：本发明以带有弱电离基团的海藻酸钠和带有正电的壳聚糖作为原料，配制了可溶的复合聚电解质溶液，采用溶体流延法制备成流延膜。海藻酸钠分子量为Mη＝1×106～2×106，壳聚糖重均分子量为Mw＝10,000～30000，海藻酸钠作为主体聚电解质带有弱电离的羧基，并以高浓度的甲酸屏蔽使其不电离或少量电离，相对短链的壳聚糖分子则分布于透明质酸分子链之间，而形成均匀可放的复合聚电解质溶液。
本发明具体实施步骤如下：
1)溶液的配制：将海藻酸钠(Mη＝1×106～2×106)直接溶解在质量比为25/75～50/50的去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成1wt％～5wt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；将壳聚糖(Mw＝100000～30000)溶解于质量比为30/70～10/90的去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为5wt％～10wt％的溶液；将壳聚糖溶液和透明质酸溶液按体积比为1∶9～7∶3的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液。
2)流延成膜：用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；将步骤1)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置3～6h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30～40℃、真空度为0.1MPa下干燥4～6h，然后于70～90℃干燥1～2h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜。
本发明的优点：
1本发明流延法制备了天然高分复合聚电解质膜，所得流延膜厚度均匀，透明性好；
2、本发明所制备的复合聚电解质膜，在酸性条件下壳聚糖的氨基质子化而使纤维带正电，在碱性条件下，海藻酸钠上的羰基电离，而使纤维带负电荷，这种可pH调节带电性的特性在生物工程、过滤、絮凝剂等方面存在潜在的应用价值；
附图说明
图一按实施例一制备的流延膜的SEM图。
具体实施方式
实施例一
1)将海藻酸钠直接溶解于质量比为25/75去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成3wt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；
2)将壳聚糖溶解于质量比为30/70去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为8wt％的溶液；
3)将壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液按体积比为5∶5的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液；
4)用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；
5)将步骤3)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置5h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30℃、真空度为0.1MPa下干燥5h，然后于80℃干燥2h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜(图一)；
实施例二
1)将海藻酸钠直接溶解于质量比为50/50去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成3wt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；
2)将壳聚糖溶解于质量比为10/90去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为8wt％的溶液；
3)将壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液按体积比为5∶5的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液；
4)用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；
5)将步骤3)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置5h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30℃、真空度为0.1MPa下干燥5h，然后于80℃干燥2h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜；
实施例三
1)将海藻酸钠直接溶解于质量比为25/75去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成1wt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；
2)将壳聚糖溶解于质量比为30/70去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为5wt％的溶液；
3)将壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液按体积比为5∶5的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液；
4)用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；
5)将步骤3)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置6h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30℃、真空度为0.1MPa下干燥6h，然后于80℃干燥2h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜；
实施例四
1)将海藻酸钠直接溶解于质量比为25/75去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成2wt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；
2)将壳聚糖溶解于质量比为30/70去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为7wt％的溶液；
3)将壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液按体积比为5∶5的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液；
4)用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；
5)将步骤3)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置6h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30℃、真空度为0.1MPa下干燥5h，然后于80℃干燥2h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜；
实施例五
1)将海藻酸钠直接溶解于质量比为25/75去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成4wt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；
2)将壳聚糖溶解于质量比为30/70去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为9wt％的溶液；
3)将壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液按体积比为5∶5的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液；
4)用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；
5)将步骤3)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置4h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30℃、真空度为0.1MPa下干燥5h，然后于80℃干燥2h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜；
实施例六
1)将海藻酸钠直接溶解于质量比为25/75去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成5wt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；
2)将壳聚糖溶解于质量比为30/70去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为10wt％的溶液；
3)将壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液按体积比为5∶5的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液；
4)用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；
5)将步骤3)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置3h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30℃、真空度为0.1MPa下干燥4h，然后于80℃干燥2h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜；
实施例七
1)将海藻酸钠直接溶解于质量比为25/75去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成3wt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；
2)将壳聚糖溶解于质量比为30/70去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为8wt％的溶液；
3)将壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液按体积比为5∶5的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液；
4)用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；
5)将步骤3)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置5h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，40℃、真空度为0.1MPa下干燥4h，然后于80℃干燥2h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜；
实施例八
1)将海藻酸钠直接溶解于质量比为25/75去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成3wt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；
2)将壳聚糖溶解于质量比为30/70去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为8wt％的溶液；
3)将壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液按体积比为5∶5的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液；
4)用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；
5)将步骤3)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置5h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30℃、真空度为0.1MPa下干燥5h，然后于70℃干燥2h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜；
实施例九
1)将海藻酸钠直接溶解于质量比为25/75去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成3wt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；
2)将壳聚糖溶解于质量比为30/70去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为8wt％的溶液；
3)将壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液按体积比为5∶5的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液；
4)用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；
5)将步骤3)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置5h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30℃、真空度为0.1MPa下干燥5h，然后于90℃干燥2h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜；
实施例十
1)将海藻酸钠直接溶解于质量比为25/75去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成3wt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；
2)将壳聚糖溶解于质量比为30/70去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为8wt％的溶液；
3)将壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液按体积比为9∶1的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液；
4)用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；
5)将步骤3)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置5h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30℃、真空度为0.1MPa下干燥5h，然后于80℃干燥2h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜；
实施例十一
1)将海藻酸钠直接溶解于质量比为25/75去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成3wt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；
2)将壳聚糖溶解于质量比为30/70去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为8wt％的溶液；
3)将壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液按体积比为8∶4的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液；
4)用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；
5)将步骤3)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置5h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30℃、真空度为0.1MPa下干燥5h，然后于80℃干燥2h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜；
实施例十二
1)将海藻酸钠直接溶解于质量比为25/75去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成3wt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；
2)将壳聚糖溶解于质量比为30/70去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为8wt％的溶液；
3)将壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液按体积比为3∶7的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液；
4)用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；
5)将步骤3)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置5h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30℃、真空度为0.1MPa下干燥5h，然后于80℃干燥2h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜；
Claims (4)
1.一种海藻酸钠和壳聚糖复合聚电解质流延膜的制备方法，其特征在于以下步骤：
1)将海藻酸钠直接溶解于去离子水和甲酸复合溶剂中，配制成1wt％～1Owt％的溶液，在室温下搅拌直至溶液透明；
2)将壳聚糖溶解于去离子水和甲酸的混合溶剂中，配制成浓度为6wt％～15wt％的溶液；
3)将壳聚糖溶液和透明质酸溶液按体积比为1∶9～7∶3的比例混合，搅拌3h获得均匀溶液；
4)用蒸馏水清洗流延模具2～3次，让后再用乙醇冲洗2次后烘干备用；
5)将步骤3)所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置3～6h，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30～40℃、真空度为0.1MPa下干燥4～5h，然后于70～90℃干燥2～3h，即可获得厚度均匀的复合聚电解质流延膜；
2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤1)所用的透明质酸重均分子量为Mη＝1×106～2×106，去离子水和甲酸的质量比为25/75～50/50；
3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤2)所用壳聚糖分子量为Mw＝100000～30000，去离子水和甲酸的质量比为30/70～10/90；
4.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤5)溶剂预挥发时间为3～6h，根据聚电解质总浓度调节干燥时间长短；干燥温度为30～40℃，时间为4～6h，根据聚合物总浓度和干燥温度调节干燥时间；强干温度为70～90℃，干燥时间为1～2h，根据浓度和干燥温度调节干燥时间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120620 |