CN103255615A - 一种羧乙基甲壳胺纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种羧乙基甲壳胺纤维及其制备方法，属于纤维材料的制备领域。一种羧乙基甲壳胺纤维，所述羧乙基甲壳胺纤维化学结构式为：

Description

一种羧乙基甲壳胺纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种甲壳胺纤维及其制备方法，特别是一种羧乙基甲壳胺纤维及其制备方法，属于纤维材料的制备领域。

背景技术

甲壳素是地球上储量仅次于纤维素的可再生资源，其脱乙酰衍生物甲壳胺，由于具有良好的生物相容性、生物可降解性、止血、促进伤口愈合等特性，使其在可吸收外科手术缝合线、伤口敷料、药物载体材料、人造皮肤等各种组织工程支架材料中有着广泛的应用前景。

将甲壳胺溶解于有机酸或无机酸中，呈粘稠胶体状，经纺丝、凝固、洗涤、干燥等工序可以制得甲壳胺纤维，用于制备伤口敷料。日本公开特许公报昭（JP 60,059,123，1985）、中国专利公开号为CN1129748，公开日为1996年8月28日，发明名称为“脱乙酰甲壳质纤维及其制造方法和应用”、中国专利公开号为CN1149093，公开日为1997年5月7日，发明名称为“甲壳质纤维及其制备方法”、中国专利公开号为CN101250759，公开日为2008年8月27日，发明名称为“医用壳聚糖纤维及其制备方法”等相继公开了甲壳胺纤维的制造方法。然而，这些方法制备得到的甲壳胺纤维在医学临床应用中存在着抗菌性弱、吸液性差等缺陷，尤其是应用于易感染、渗出液较多的烧烫伤创面、褥疮等慢性愈合创面的治疗时，效果不甚理想。

虽然，也有一些公开文献公开了通过化学改性来提高甲壳胺纤维的吸液性能，如将甲壳胺纤维经碱化后用氯乙酸改性成羧甲基甲壳胺纤维，如中国专利公开号为CN1715465，公开日为2006年1月4日，发明名称为“羧甲基甲壳胺纤维及其制备方法和应用”，甲壳胺纤维经碱化后用环氧乙烷改性成羟乙基甲壳胺纤维，如中国专利公开号为CN101368328，公开日为2009年2月18日，发明名称为“一种羟乙基壳聚糖纤维的制备方法”等。但是，这些改性方法，一方面反应条件苛刻、步骤繁琐、不易控制；另一方面，反应所得产物分子链上取代基分布位置和数量不确定，致使产物吸液性能难以有效控制。此外，上述产物也不具有抗菌性能。这些问题会大大限制甲壳胺纤维制备得到的敷料在临床上尤其是烧烫伤、慢性创面治疗上的应用。

发明内容

针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种易于制备，反应条件温和，工艺简单，成本低的羧乙基甲壳胺纤维及其制备方法。为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：

一种羧乙基甲壳胺纤维，所述羧乙基甲壳胺纤维化学结构式为：

其中，羧乙基甲壳胺纤维的粘度为150～900 cps；

结构式中n为羧乙基取代度，m为未被羧乙基基团取代的氨基量；

n等于0.01～0.8；

n+m=1。

所述制备方法按以下步骤进行：

a. 将甲壳胺纤维分散在醇中，甲壳胺纤维与醇的质量体积比为1：10～50，再将丙烯酸加入到甲壳胺纤维与醇的混合液中，丙烯酸与甲壳胺纤维的氨基的摩尔比为1：0.1～20，室温下搅拌均匀，在40～90℃条件下恒温水浴中反应4～48h；

b. 对经步骤a反应后的甲壳胺纤维和醇、丙烯酸形成的混合液体分离，得到羧乙基甲壳胺纤维初品；               

c. 将经步骤b得到的羧乙基甲壳胺纤维初品分散在80 %(v/v)有机溶剂水溶液中，滴加30%(w/v)无机强碱水溶液，将有机溶剂水溶液pH调节至6～8之间，浸泡30分钟，再将羧乙基甲壳胺纤维初品与有机溶剂水溶液、无机强碱水溶液混合液分离，得到羧乙基甲壳胺纤维中间品；

d．再用80%(v/v)有机溶剂水溶液对经步骤c分离出的羧乙基甲壳胺纤维中间品洗涤2次，脱水后，在40℃条件下干燥，得到化学结构式为：

的羧乙基甲壳胺纤维。

所述醇为甲醇或乙醇或丙醇或丁醇或异丙醇中的一种。

所述有机溶剂为甲醇或乙醇或丙酮中的一种。

所述无机强碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种。

由于采用以上技术方案，本发明的羧乙基甲壳胺纤维的制备方法，其有益技术效果是：

（1）本发明的制备方法采用在甲壳胺纤维分子链上，通过甲壳胺分子链上氨基与丙烯酸分子上碳碳双键的迈克尔加成反应，在氨基N上定位引入羧乙基基团。羧乙基基团上羧酸给出质子，致使氨基质子化，从而增加甲壳胺纤维的聚阳离子特性，提高甲壳胺纤维抗菌性。

（2）通过控制甲壳胺纤维的氨基与丙烯酸分子上碳碳双键的摩尔比以及反应条件，来实现甲壳胺纤维的氨基N上定位取代，且实现羧乙基基团的取代度在0.01～0.8范围内，从而使得反应后的纤维具备抗菌性的同时，也能吸收大量的液体，吸收液体后仍能保持纤维基本形态，增强了甲壳胺纤维的吸液性能。

取代度大于0.8时，羧乙基甲壳胺纤维在接触水后中不能保持纤维原来的形态而溶解，失去了结构稳定性。

利用本发明制备方法制备的羧乙基甲壳胺纤维具有一般纤维的性能，可以通过切断、开松、梳理、成网、针刺制成无纺布，也可以通过与其它功能纤维混合制成无纺布，经灭菌后形成敷料，用于渗出液较多的易感染性创面如烧烫伤、褥疮等，起到抑制创面细菌生长、吸收创面渗出液，并提供湿性愈合环境促进创面愈合的作用。同时，应用该敷料能减少敷料更换次数，去除时也不会引起创面的二次机械损伤，减少病人的痛苦。所制备的医用产品在对临床上烧烫伤、褥疮或溃疡等创面的抗菌、吸液具有显著的作用，且质量稳定、成本低，使用方便，符合临床使用要求。本发明的羧乙基甲壳胺纤维制备方法条件温和，工艺简单，成本低，适合工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明羧乙基甲壳胺纤维及其制备方法作进一步详细描述。

一种羧乙基甲壳胺纤维，所述羧乙基甲壳胺纤维化学结构式为：

其中，羧乙基甲壳胺纤维的粘度为150～900 cps；n为羧乙基取代度，n等于0.01～0.8；m为未被羧乙基基团取代的氨基量；n+m=1。

羧乙基甲壳胺纤维的制备方法，所述制备方法按以下步骤进行：

a. 将甲壳胺纤维分散在醇中，甲壳胺纤维与醇的质量体积比为1：10～50，再将丙烯酸加入到甲壳胺纤维与醇的混合液中，丙烯酸与甲壳胺纤维的氨基的摩尔比为1：0.1～20，室温下搅拌均匀，在40～90℃条件下恒温水浴中反应4～48h；所述醇为甲醇或乙醇或丙醇或丁醇或异丙醇中的一种。

一般而言，甲壳胺在中性或碱性条件下难以形成聚阳离子，抑菌效果微弱，本发明是通过甲壳胺分子链上氨基与丙烯酸分子上碳碳双键的迈克尔加成反应，在氨基N上定位引入羧乙基基团。羧乙基基团上羧酸给出质子，致使氨基质子化，从而增加甲壳胺纤维的聚阳离子特性，提高甲壳胺纤维抗菌性。

步骤a中，通过控制甲壳胺纤维的氨基与丙烯酸分子上碳碳双键的摩尔比以及反应条件，来实现甲壳胺纤维的氨基N上定位取代，且实现羧乙基基团的取代度在0.01～0.8范围内。因此，选择合适的摩尔比为：1：0.1～20；选择合适的反应条件为：温度40～90℃，反应时间4～48h。 

b. 对经步骤a反应后的甲壳胺纤维和醇、丙烯酸形成的混合液体分离，得到羧乙基甲壳胺纤维初品；

c. 将经步骤b得到的羧乙基甲壳胺纤维初品分散在80 %(v/v)有机溶剂水溶液中，滴加30%(w/v)无机强碱水溶液，将有机溶剂水溶液pH调节至6～8之间，浸泡30分钟，再将羧乙基甲壳胺纤维初品与有机溶剂水溶液、无机强碱水溶液混合液分离，得到羧乙基甲壳胺纤维中间品；所述有机溶剂为甲醇或乙醇或丙酮中的一种；所述无机强碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种。

由于经步骤c所得到的羧乙基甲壳胺纤维呈酸性。将含有羧乙基甲壳胺纤维的有机溶剂水溶液pH值调节至6～8之间，得到的羧乙基甲壳胺纤维接近中性。

d．再用80%(v/v)有机溶剂水溶液对经步骤c分离出的羧乙基甲壳胺纤维中间品洗涤2次，以除掉纤维上含有的未反应物丙烯酸以及丙烯酸钠等，脱水后，在40℃条件下干燥，得到化学结构式为：

的羧乙基甲壳胺纤维，取代度为0.01～0.8。该羧乙基甲壳胺纤维具备高抗菌性的同时，也能吸收大量的液体，吸收液体后仍能保持纤维基本形态。

具体实施例

实施例1

称取5g甲壳胺纤维分散在50mL甲醇中，加入丙烯酸22.38 g，室温下振荡搅拌均匀，在90℃条件下恒温水浴中反应48h，将反应后的甲壳胺纤维和反应混合液分离，并将分离出的甲壳胺纤维分散于80%(v/v)甲醇水溶液中，滴加30%(w/v)氢氧化钠水溶液，将甲醇、氢氧化钠水溶液混合液pH调到 7.3，浸泡30分钟，再将浸泡后的甲壳胺纤维从混合液中分离出来，用80%（v/v）甲醇水溶液洗涤2次，脱水后，在40℃条件下干燥，得到粘度为150 cps、羧乙基取代度为0.8的羧乙基甲壳胺纤维。

实施例2

称取5g甲壳胺纤维分散在250mL乙醇中，加入丙烯酸0.11 g，室温下振荡搅拌均匀，在40℃条件下恒温水浴中反应4h，将反应后的甲壳胺纤维和反应混合液分离，并将分离出的甲壳胺纤维分散于80%(v/v)乙醇水溶液中，滴加30%(w/v)氢氧化钾水溶液，将乙醇、氢氧化钾水溶液混合液pH调到 8.0，浸泡30分钟，再将浸泡后的甲壳胺纤维从混合液中分离出来，用80%（v/v）乙醇水溶液洗涤2次，脱水后，在40℃条件下干燥，得到粘度为900 cps、羧乙基取代度为0.01的羧乙基甲壳胺纤维。

实施例3

称取5g甲壳胺纤维分散在200mL异丙醇中，加入丙烯酸10.25g，室温下振荡搅拌均匀，在60℃条件下恒温水浴中反应24h，将反应后的甲壳胺纤维和反应混合液分离，并将分离出的甲壳胺纤维分散于80%(v/v)丙酮水溶液中，滴加30%(w/v)氢氧化钾水溶液，将丙酮、氢氧化钾水溶液混合液pH调到 6.0，浸泡30分钟，再将浸泡后的甲壳胺纤维从混合液中分离出来，用80%（v/v）丙酮水溶液洗涤2次，脱水后，在40℃条件下干燥，得到粘度为600 cps、羧乙基取代度为0.28的羧乙基甲壳胺纤维。

实施例4

称取5g甲壳胺纤维分散在200mL丙醇中，加入丙烯酸5.25g，室温下振荡搅拌均匀，在60℃条件下恒温水浴中反应24h，将反应后的甲壳胺纤维和反应混合液分离，并将分离出的甲壳胺纤维分散于80%(v/v)丙酮水溶液中，滴加30%(w/v)氢氧化钾水溶液，将丙酮、氢氧化钾水溶液混合液pH调到7.2，浸泡30分钟，再将浸泡后的甲壳胺纤维从混合液中分离出来，用80%（v/v）丙酮水溶液洗涤2次，脱水后，在40℃条件下干燥，得到粘度为720 cps、羧乙基取代度为0.15的羧乙基甲壳胺纤维。

实施例5

称取5g甲壳胺纤维分散在200mL丁醇中，加入丙烯酸15.35g，室温下振荡搅拌均匀，在60℃条件下恒温水浴中反应45h，将反应后的甲壳胺纤维和反应混合液分离，并将分离出的甲壳胺纤维分散于80%(v/v)乙醇水溶液中，滴加30%(w/v)氢氧化钾水溶液，将乙醇、氢氧化钾水溶液混合液pH调到7.5，浸泡30分钟，再将浸泡后的甲壳胺纤维从混合液中分离出来，用80%（v/v）乙醇水溶液洗涤2次，脱水后，在40℃条件下干燥，得到粘度为340 cps、羧乙基取代度为0.62的羧乙基甲壳胺纤维。

所制得的羧乙基甲壳胺纤维抗菌性能、吸液性能测试如下。

（1）抗菌性

将羧乙基甲壳胺纤维、甲壳胺纤维剪碎，分别将其均匀平铺于直径为2.5cm的滤纸上，碾压紧实，制成圆形试样。

测试菌种选用金黄色葡萄球菌、大肠杆菌。用接种环轻轻划取一环上述其中一种菌种菌落至100mL 营养肉汤中，于37℃恒温摇床上150rpm 培养18～24h，配制生理盐水将菌悬液稀释至1.0×10⁸～5.0×10⁸CFU/mL，以备抗菌测试。

准备无菌培养基，向无菌平皿中倾注15mL琼脂培养基，并使其凝结。取1mL试验菌液加入4mL 50℃琼脂培养基后，均匀倒在上述已凝固的琼脂培养基上。用无菌镊子将试样放于平皿中央，均匀地按压在琼脂培养基上，直到试样和琼脂培养基之间很好地接触。将试样放在琼脂培养基上后，立即放入37℃±2 ℃的培养箱中培养18h～24h，要确保整个培养中试样和琼脂培养基保持接触。

如果试样下面无细菌繁殖，则认为该试样抗菌效果好。

表1数据显示了实施例1~5羧乙基甲壳胺纤维、甲壳胺纤维对照组抗菌率实验结果。试验结果显示，实施例1~5羧乙基甲壳胺纤维试样下面未见细菌，而未改性的甲壳胺纤维下面出现少量细菌菌落。结果表明，羧乙基甲壳胺纤维抗菌效果好，显著优于甲壳胺纤维样品。

（2）吸液性

将羧乙基甲壳胺纤维经开松梳理成棉絮状纤维，经碾压打片制得无纺布，待用。

称取8.3g NaCl和0.277g CaCl₂加蒸馏水充分溶解，置于容量瓶中，用蒸馏水定容到1000 mL, 所得溶液为英国药典规定的A溶液。该溶液模拟了人体血液主要金属离子的含量。取一定量的甲壳胺纤维无纺布、羧乙基甲壳胺纤维无纺布放置24h，使纤维的回潮率达到平衡，测定无纺布的干重为W（g）。称取比无纺布重40倍的A溶液，将溶液和无纺布放置在直径为90mm的培养皿中，37℃放置30min，用镊子夹住无纺布的一角在空中挂30s后称取无纺布的湿重（W₁）。单位质量无纺布的吸湿量为（W₁-W）/W。结果见表1。

表1数据显示了实施例1~5羧乙基甲壳胺纤维、甲壳胺纤维对照组吸液性实验结果。试验结果证明，实施例1~5羧乙基甲壳胺纤维的吸湿量随着取代度的增加而增大，均显著优于未改性的甲壳胺纤维样品。

以上试验表明，本发明的羧乙基甲壳胺纤维具有较好的抗菌、吸液的效果，用其制备的新型医用产品，市场前景非常广阔。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

表1 羧乙基甲壳胺纤维的抗菌性、吸液性实验结果

 。

Claims (5)

1.一种羧乙基甲壳胺纤维，其特征在于，所述羧乙基甲壳胺纤维化学结构式为：

其中，羧乙基甲壳胺纤维的粘度为150～900 cps；

结构式中n为羧乙基取代度，m为未被羧乙基基团取代的氨基量；

n等于0.01～0.8；

n+m=1。

2.羧乙基甲壳胺纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法按以下步骤进行：

a. 将甲壳胺纤维分散在醇中，甲壳胺纤维与醇的质量体积比为1：10～50，再将丙烯酸加入到甲壳胺纤维与醇的混合液中，丙烯酸与甲壳胺纤维的氨基的摩尔比为1：0.1～20，室温下搅拌均匀，在40～90℃条件下恒温水浴中反应4～48h；

b. 对经步骤a反应后的甲壳胺纤维和醇、丙烯酸形成的混合液体分离，得到羧乙基甲壳胺纤维初品；               

c. 将经步骤b得到的羧乙基甲壳胺纤维初品分散在80 %(v/v)有机溶剂水溶液中，滴加30%（w/v）无机强碱水溶液，将有机溶剂水溶液pH调节至6～8之间，浸泡30分钟，再将羧乙基甲壳胺纤维初品与有机溶剂水溶液、无机强碱水溶液混合液分离，得到羧乙基甲壳胺纤维中间品；

d．再用80%(v/v)有机溶剂水溶液对经步骤c分离出的羧乙基甲壳胺纤维中间品洗涤2次，脱水后，在40℃条件下干燥，得到化学结构式为：

的羧乙基甲壳胺纤维。

3.根据权利要求2所述羧乙基甲壳胺纤维的制备方法，其特征在于：所述醇为甲醇或乙醇或丙醇或丁醇或异丙醇中的一种。

4.根据权利要求2所述羧乙基甲壳胺纤维的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为甲醇或乙醇或丙酮中的一种。

5.根据权利要求2所述羧乙基甲壳胺纤维的制备方法，其特征在于：所述无机强碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种。