CN105165911A

CN105165911A - 荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法

Info

Publication number: CN105165911A
Application number: CN201510412283.5A
Authority: CN
Inventors: 余志成; 张亚萍
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2035-07-14
Also published as: CN105165911B

Abstract

本发明公开了荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，具体为一种适用于织物驱蚊整理的驱蚊微胶囊，解决了荆芥精油缓释驱蚊耐久性的问题。荆芥驱蚊微胶囊的制备方法为，第一步、将荆芥精油与表面活性剂混合后制得荆芥精油乳液。第二步、首先将乳化好的荆芥精油乳液加入到壳聚糖水溶液中，并在超声粉碎后将海藻酸钠溶液缓慢滴加混合乳液中，得荆芥精油微胶囊悬浊液；然后滴加少量的戊二醛固化处理，喷雾干燥即得荆芥精油微胶囊粉末。本发明制备的微胶囊芯材为荆芥提取植物精油，可生物降解，更加的安全环保，整理到织物上后，赋予织物良好的驱蚊、杀菌效果，耐洗性良好，穿着安全，气味清淡，不会有致癌或过敏反应。

Description

荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法

技术领域

本发明涉及一种荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，尤其是涉及一种适用于织物驱蚊后整理的纳米驱蚊微胶囊的制备方法。

背景技术

蚊虫是一类重要的病媒传播昆虫，它嗜吸人畜血液，严重影响人类生产和生活，因此寻找驱蚊、灭蚊方法，尤其在防蚊面料上的开发越来重要。目前，防蚊面料多用避蚊胺、除虫菊酯等驱避剂制备，但合成驱避剂对人体和环境均有一定危害。而天然驱避剂因其毒性小，甚至无毒；对皮肤无刺激感，气味友好，使用起来舒适性好；使用后无药效残留，容易降解，不会给环境造成污染，已成为蚊虫驱避剂的开发趋势。

荆芥，又名猫薄荷。为唇形科荆芥属一年生草本植物，，荆芥性温、味辛，生品具有祛风解表、宣毒透疹、散瘀止血之功效，主治风寒感冒、咽喉肿痛及多种皮肤病等功效，其应用历史悠久，为中国传统的常用大宗类中药材之一。荆芥具有良好的蚊虫趋避性，但是目前天然植物驱避剂的研究主要集中在艾叶、桉叶、薰衣草、香茅等驱蚊植物上面，而对荆芥或同类属植物研究集中在其药理活性及农业活性方面，有关其杀蚊活性报道较少。荆芥具有进一步开发成驱蚊植物的潜力。

微胶囊技术是以天然或合成高分子材料作为囊壁，通过化学法、物理法或物理化学法将活性物质(囊芯药物)进行包裹而形成具有半透性或密封囊膜的一种技术。目前天然驱避剂的不足主要是趋避时间短，耐久性差。将天然驱避剂微胶囊化，不仅延长了天然驱避剂的缓释时间，还增加了其应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，以荆芥精油为芯材，壳聚糖和海藻酸钠为复合壁材，通过乳化、复凝聚等操作制备得到荆芥精油微胶囊固体粉末。克服了目前天然驱避剂趋避时间短、耐久性差的问题，赋予了无毒、安全、环保的优点，具有广阔的应用价值。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)称取芯材、表面活性剂、壁材、固化剂及醋酸溶液；芯材为荆芥精油，表面活性剂为吐温-80与司班-80，壁材为壳聚糖及海藻酸钠，固化剂为戊二醛；其中，芯材与壁材的芯壁比为(1/1)～(1/3)，复配表面活性剂的质量为芯材质量的10～50％。

(2)荆芥精油的乳化：将荆芥精油、吐温-80、司班-80及蒸馏水按比例混合，混合后制得混合溶液；采用超声细胞粉碎仪对混合溶液超声乳化一段时间，得到荆芥精油乳液；其中，荆芥精油乳液中荆芥精油的质量分数为0.5～2％，复配表面活性剂(司班-80与吐温-80)的质量分数为0.1～0.5％；

(3)荆芥精油微胶囊的制备：

a、将壳聚糖配制成壳聚糖溶液，将壳聚糖水溶液中加入乳化后的荆芥精油乳液中，并采用超声细胞粉碎仪超声乳化一段时间，得到混合乳液；

b、将混合乳液用醋酸溶液调节pH为2～5，并置于一定搅拌速度下；

c、将海藻酸钠配制成海藻酸钠溶液，并调节其pH至2～5，然后向混合乳液中缓慢滴加海藻酸钠水溶液，复凝聚30min，即获得荆芥精油微胶囊悬浊液；其中，混合乳液中芯材与壁材的混合质量分数为0.25～0.75％

d、向复凝聚后的荆芥精油微胶囊悬浊液中滴加戊二醛，常温固化60min；

e、将荆芥精油微胶囊悬浊液喷雾干燥，得到荆芥精油微胶囊固体粉末；

优选后，表面活性剂为司班-80与吐温-80复配，司班-80与吐温-80的复配比例为(1/2)～(3/1)。采用上述复配比例，表面活性剂的效果尤为明显，适用于本发明。

优选后，步骤(2)中超声细胞粉碎仪工作时，工作功率为200～300w，单位工作时间为2s，单位工作间隔为3s，工作次数为50～300次。该超声分散操作设计巧妙，效果良好。

优选后，步骤(3)的a中配制壳聚糖溶液的具体过程为：将壳聚糖溶于醋酸溶液中配制成壳聚糖溶液，其中，醋酸在醋酸溶液中的浓度为0.3％，壳聚糖溶液中壳聚糖的质量分数为1％。

优选后，步骤(3)的a中超声细胞粉碎仪工作时，工作功率为200～300w，单位工作时间2s，单位工作间隔为3s，工作次数为50～300次。该超声分散操作设计巧妙，效果良好。

优选后，步骤(3)的b中搅拌速率为400～1000rap/min。进一步提高分散的均匀性。

优选后，步骤(3)的c中配制海藻酸钠溶液的具体过程为：将海藻酸钠溶于蒸馏水中配制成海藻酸钠溶液，其中海藻酸钠溶液中海藻酸钠的质量分数为1％。

优选后，壁材为壳聚糖与海藻酸钠复配，壳聚糖与海藻酸钠的复配比例为(2/1)～(1/2)。

优选后戊二醛的质量为壳聚糖的质量的1～5％。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，以荆芥精油为芯材，壳聚糖和海藻酸钠为复合壁材，通过乳化、复凝聚等操作制备得到荆芥精油微胶囊固体粉末。克服了目前天然驱避剂趋避时间短、耐久性差的问题，赋予了无毒、安全、环保的优点，具有广阔的应用价值。其具体有益效果表现为：

1、本发明将荆芥精油开拓至纺织领域，具有巨大的经济效益及社会效益。

2、本发明制备的驱蚊微胶囊趋避时间长，耐久性能好，通过微胶囊化，延长了缓释时间，扩大了其应用范围。粒径为纳米级，整理到织物上对织物的白度和手感影响不大。

3、壳聚糖具有良好的抗菌效果，以其为壁材制备的微胶囊具有优异的抗菌性能，将制备的荆芥精油微胶囊整理到真丝织物上，可以同时赋予真丝织物驱蚊和抑菌的功效，增加了真丝织物的附加属性，可在夏天免受蚊虫的侵害。

4本发明中使用的芯材与壁材均为天然高分子，与生态环境的相容性好，可生物降解，安全环保。

5、表面活性剂具有乳化作用、增溶作用、润湿作用及分散作用，能够改善制备过程中乳液的分散均匀性，从而提高微胶囊的使用效果。

6、超声及搅拌操作进一步提高乳液的分散均匀性。

具体实施方式

本发明制备前采用正交实验筛选出理想配方，以微胶囊制备中常用的复凝聚相分离法进行配方初选正交实验对比：

采用四因素三水平正交实验(见表1)初选复凝聚相制备荆芥精油微胶囊的配方。四因素分别为芯材与壁材混合浓度％(以下记做芯壁质量分数)、芯材与壁材之比(以下记做芯壁比)、pH值、搅拌速率r/min。荆芥精油的乳化条件为，将荆芥精油和司班-80、吐温-80按比例混合制成混合溶液，混合溶液中荆芥精油的质量分数为1％，司班-80和吐温-80复配比1/1，复配表面活性剂的混合浓度0.3％，用超声细胞粉碎仪在300w功率下，单位工作时间2s，单位工作间隔3s，工作次数250次，得荆芥精油乳液，以乳液粒径为评价指标，其结果见表2。

表1复凝聚相分离法制备荆芥精油微胶囊配方初选正交实验因素

表2复凝聚相分离法制备荆芥精油微胶囊配方初选正交实验结果

实验号

芯壁质量

芯壁比(m)

pH值

搅拌速率

粒径/nm

	分数％			rap/min
						1	0.25	1:1	2.0	400	275
2	0.25	1:2	3.0	600	201
						3	0.25	1:3	4.0	800	230
4	0.5	1:1	3.0	800	220
						5	0.5	1:2	4.0	400	285
6	0.5	1:3	2.0	600	243
						7	0.75	1:1	4.0	600	317
8	0.75	1:2	2.0	800	293
						9	0.75	1:3	3.0	400	420
K1	235	270	270	326
						K2	249	259	280	253
K3	343	297	277	247
						R	108	38	10	79

由表2可知，复凝聚相分离法制备荆芥精油微胶囊配方中，影响微胶囊粒径的主要因素为芯壁质量分数和搅拌速率，芯壁质量分数对微胶囊的粒径影响最大，实验表明随着芯壁质量分数的增大，微胶囊平均粒径逐渐增大，主要是由于壁材浓度太高时，体系中大部分带正电荷的壳聚糖与带负电荷的海藻酸钠分子急剧反应，凝聚在一起形成絮状物从而使微胶囊粒径增大。搅拌速率对微胶囊粒径的影响与芯壁质量分数类似，搅拌速率过低，分散不均匀，使壁材局部浓度过高，复凝聚反应剧烈，形成絮凝物，微胶囊粒径增加。在微胶囊的生产过程中，pH的调节也很重要，pH值大于5时，壳聚糖分子所带的正电荷量减少，所以形成微胶囊的量减少。当pH值小于2.0时，酸性过强，溶液中所带的H⁺含量太多，海藻酸钠多以质子形式存在，会影响氨基与羧基的结合，妨碍复凝聚反应的发生，所以会减少微胶囊的形成，调节pH到壳聚糖与海藻酸钠的等电点处，微胶囊生产率最大。芯壁比在一定范围内越高，芯材含量越高，粒径越大，微胶囊壁越薄，容易破裂，综合选出合适的芯壁比。

综上，得出复凝聚相分离法制备荆芥精油微胶囊最佳工艺条件如下：芯壁比为2:1，芯壁质量分数为0.5％，复凝聚pH值3，搅拌速率600rap/min，荆芥精油微胶囊粒径为200nm。

根据上述正交试验得到的最佳工艺条件，结合具体的实施例对本发明作进一步说明：

实施例1:

1、一种荆芥精油微胶囊的制备方法，步骤为：1、荆芥精油的乳化：将0.2g司班-80溶于1g荆芥精油中，将0.1g吐温-80溶于98.7g蒸馏水中，将两者混合，置于超声波细胞粉碎仪上，功率300W，工作时间2S，间隔时间3S，工作次数250次，形成的芯材质量分数1％的乳液，粒径100nm；

2、微胶囊壁材配制：取1g壳聚糖溶于99ml质量分数为0.3％的醋酸溶液中，40℃搅拌溶解1小时，得到质量分数为1％的壳聚糖水溶液，备用；取1g海藻酸钠溶于99ml蒸馏水中，搅拌溶解1小时，得到质量分数为1％的海藻酸钠水溶液，备用；

3、将步骤2中制备的壳聚糖水溶液10ml与步骤1中制备的50ml乳液混合，加蒸馏水稀释到100ml，置于超声波细胞粉碎仪上，功率300W，工作时间2S，间隔3S，工作次数100次，得到混合溶液；

4、将步骤3中制备的混合乳液用10％的醋酸溶液调节pH值至3，置于恒温磁力搅拌水浴锅中，常温，转速600r/min，将步骤2中制备的海藻酸钠水溶液调节pH值至3，并缓慢滴加至混合乳液中，壳聚糖和海藻酸钠的质量比为1:1.75，复凝聚反应时间30min，得荆芥精油微胶囊悬浊液；

5、向步骤4的荆芥精油微胶囊悬浊液中缓慢滴加质量分数为0.01％的戊二醛水溶液2ml，戊二醛的质量为壳聚糖质量的2％，常温固化60min；

6、将步骤5中的荆芥精油微胶囊悬浊液喷雾干燥，进风温度220℃，出风温度100℃，进料量500ml/h，得荆芥精油微胶囊固体粉末。

经检测，所得的荆芥精油微胶囊规整圆滑，分布均匀，平均粒径为250nm。

实施例2：

实施例2与实施例1类似，区别在于步骤3及步骤4，步骤3：将步骤2中制备的海藻酸钠水溶液16ml与步骤1中制备的50ml乳液混合，加蒸馏水稀释到100ml，置于超声波细胞粉碎仪上，功率300W，工作时间2S，间隔3S，工作次数100次，得到混合乳液；

步骤4：将步骤3制备的混合乳液用10％的醋酸溶液调节pH值至3，将混合乳液置于恒温磁力搅拌水浴锅中，常温，转速1000r/min；将步骤2中制备的壳聚糖水溶液调节PH至3，并缓慢滴加至混合乳液中，壳聚糖和海藻酸钠的质量比为1:1.75，复凝聚反应时间30min，得到荆芥精油微胶囊悬浊液；最终由实施例2制得荆芥精油微胶囊粉末。

经检测，所得的荆芥精油微胶囊平均粒径为320nm。

实施例3：

实施例3与实施例1类似，区别仅在于步骤4：将步骤3中制备的混合乳液用10％的醋酸溶液调节pH值至3，将混合乳液置于恒温磁力搅拌水浴锅中，常温，转速1000r/min，将步骤2中制备的海藻酸钠水溶液调节pH值至3，并缓慢滴加至混合乳液中，壳聚糖和海藻酸钠的质量比为1:1.75，复凝聚反应时间30min，得到荆芥精油微胶囊悬浊液；最终由实施例3制得荆芥精油微胶囊粉末。

经检测，所得的荆芥精油微胶囊平均粒径为200nm。

实施例4：

实施例4与实施例1类似，区别仅在于步骤4：将步骤3中制备的混合乳液用10％的醋酸溶液调节pH值至3，将混合乳液置于恒温磁力搅拌水浴锅中，温度40℃，转速600r/min，将步骤2中制备的海藻酸钠水溶液调节pH值至3，并缓慢滴加至混合乳液中，壳聚糖和海藻酸钠的质量比为1:1.75，复凝聚反应时间30min，得到荆芥精油微胶囊悬浊液；最终由实施例4制得荆芥精油微胶囊粉末。

经检测，所得的荆芥精油微胶囊平均粒径为202nm。

实施例5：

实施例5与实施例1类似，区别仅在于步骤5：向步骤4的荆芥精油微胶囊悬浊液中缓慢滴加质量分数为0.01％的戊二醛水溶液2ml，戊二醛的质量为壳聚糖质量的2％，在低温10℃下固化60min；最终由实施例5制得荆芥精油微胶囊粉末。

经检测，所得的荆芥精油微胶囊平均粒径为210nm。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims

1.荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)称取芯材、表面活性剂、壁材、固化剂及醋酸溶液；芯材为荆芥精油，表面活性剂为吐温-80与司班-80，壁材为壳聚糖及海藻酸钠，固化剂为戊二醛；其中，芯材与壁材的质量比为(1/1)～(1/3)，表面活性剂的质量为芯材质量的10～50％。

(2)荆芥精油的乳化：将荆芥精油、吐温-80、司班-80及蒸馏水按比例混合，混合后制得荆芥精油混合溶液；采用超声细胞粉碎仪对混合溶液超声乳化，得到荆芥精油乳液；其中，荆芥精油乳液中荆芥精油的质量分数为0.5～2％，复合表面活性剂(司班-80与吐温-80)的质量分数为0.1～0.5％；

(3)荆芥精油微胶囊的制备：

a、将壳聚糖配制成壳聚糖溶液，向壳聚糖水溶液中加入乳化后的荆芥精油乳液，并采用超声细胞粉碎仪超声乳化，得到混合乳液；

b、将混合乳液用醋酸溶液调节pH为2～5，并在一定转速搅拌；

c、将海藻酸钠配制成海藻酸钠水溶液，并调节其pH至2～5，然后向混合乳液中缓慢滴加海藻酸钠水溶液，复凝聚30min，即获得荆芥精油微胶囊悬浊液；其中，混合乳液中芯材与壁材的混合质量分数为0.25～0.75％

e、将荆芥精油微胶囊悬浊液喷雾干燥，即得到荆芥精油微胶囊固体粉末。

2.根据权利要求1所述荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于：表面活性剂为司班-80与吐温-80复配，司班-80与吐温-80的复配比例为(1/2)～(3/1)。

3.根据权利要求1所述荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中超声细胞粉碎仪工作时，工作功率为200～300w，单位工作时间为2s，单位工作间隔为3s，工作次数为50～300次。

4.根据权利要求1所述荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)的a中配制壳聚糖溶液的具体过程为：将壳聚糖溶于醋酸溶液中配制成壳聚糖溶液，其中，醋酸在醋酸溶液中的浓度为0.3％，壳聚糖溶液中壳聚糖的质量分数为1％。

5.根据权利要求1所述荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)的a中超声细胞粉碎仪工作时，工作功率为200～300w，单位工作时间2s，单位工作间隔为3s，工作次数为50～300次。

6.根据权利要求1所述荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)的b中搅拌速率为400～1000rap/min。

7.根据权利要求1所述荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)的c中配制海藻酸钠溶液的具体过程为：将海藻酸钠溶于蒸馏水中配制成海藻酸钠溶液，其中海藻酸钠溶液中海藻酸钠的质量分数为1％。

8.根据权利要求1所述荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于：壁材为壳聚糖与海藻酸钠复配，壳聚糖与海藻酸钠的复配比例为(2/1)～(1/2)。

9.根据权利要求1所述荆芥精油纳米驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于：戊二醛的质量为壳聚糖的质量的1～5％。