CN110483852B - 多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜及制备方法,具体方法为:利用超声波分散处理琼脂溶液后,加入氨基酸类表面活性剂溶液,并用碱性溶液将琼脂‑氨基酸类表面活性剂溶液的pH值调节为10~11,然后将琼脂‑表面活性剂溶液和天然胶乳溶液进行混合,接着用微波辐照处理混合液至少3min,最后将混合液在‑30~‑50℃冷冻干燥至少12h,得到天然橡胶和琼脂复合大孔膜。本发明方法构思巧妙,工艺和操作简单,制得的天然橡胶和琼脂复合膜具有均匀的大孔结构,具有良好的吸湿性能、锁水性能、透气性能、拉伸应力应变性能和柔软性能,既可以用作伤口敷料,又可以用作负载药物的基材,应用范围广。
Description
技术领域
本发明属于材料领域,具体涉及一种多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜及制备方法。
背景技术
琼脂是从海藻中提取的多糖体,主要成分是琼脂糖,为亲水性胶体,不溶于冷水,在水中需加热至95℃时才开始熔化,能吸收本身体积20倍的水,且在温度低于40℃时会发生凝固,浓度低至1%时仍能形成稳定的凝胶。目前,琼脂被广泛用作胶凝剂,用于食品领域和微生物培养领域。然而,单一的琼脂膜呈现出脆性,延展性能差,限制了其在医学领域的应用。
天然胶乳是一种黏稠的乳白色液体,主要成分为顺-1,4-聚异戊二烯橡胶粒子。天然橡胶粒子具有疏水性质,在溶液中通过表面吸附蛋白质、磷脂等类脂化合物,从而形成稳定的橡胶-水基型分散体系。在常温下,天然橡胶具有优良的弹性、成膜性能、力学性能、柔韧性。目前,天然橡胶作为防护材料,被广泛用作手套、避孕套。然而,单一的天然橡胶膜呈现出强疏水性和高致密性,透气性能、透水汽性能差,限制了其在医学领域的应用。
发明内容
本发明的目的是针对单一天然橡胶材料和琼脂材料存在的问题,提供一种多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜的制备方法和由该方法制得的天然橡胶和琼脂复合大孔膜。
为达到本发明的目的,本发明人在所公开的天然橡胶膜或琼脂膜的制备方法的基础上,探索了天然胶乳和琼脂溶液的共混特性,发现将琼脂溶液加入天然胶乳后橡胶粒子迅速絮凝析出,因而不能直接共混。为了促进天然胶乳和琼脂溶液的共存,本发明人深入研究了天然胶乳和琼脂溶液的组成特点及分散稳定特性。由于天然胶乳蛋白质的等电点pI在pH4~5之间(潘苏华. 蛋白质与橡胶粒子保护层. 热带农业科学, 1985, (1): 22-27.),在高氨碱性环境中,离解的胶乳蛋白质带阴电荷,并通过范德华力吸附在橡胶粒子表面形成橡胶粒子最外层保护结构,这是天然胶乳稳定的主要原因。由于琼脂糖为非离子型多糖,基本结构是1,3连结的β-D-半乳糖和1,4连结的3,6-内醚-L-半乳糖交替连接起来的长链,因此琼脂糖能与胶乳蛋白质形成较强的氢键相互作用。将琼脂溶液加入常温的天然胶乳中时,由于温度急剧下降导致加入的琼脂溶液迅速发生凝固,使得与琼脂中琼脂糖发生相互作用的胶乳蛋白质容易从橡胶粒子表面剥落,导致橡胶粒子表面电荷数量下降,天然胶乳的分散稳定性变差,表现为橡胶粒子絮凝析出。为解决天然胶乳与琼脂溶液共混过程中橡胶粒子絮凝的问题,本发明人又探索了利用超声波预先分散处理琼脂溶液,然后在琼脂溶液中添加氨基酸类表面活性剂后,再将天然胶乳与琼脂-表面活性剂溶液进行共混的方法,最终发现这种工艺组合能保证常温下天然胶乳与琼脂溶液的均匀共混,并长期稳定存在。
由于橡胶粒子和琼脂糖的分子大小和结构不同,在天然胶乳与琼脂共混溶液成膜的过程中,橡胶粒子、琼脂糖的流动性能差别大,导致天然橡胶和琼脂复合膜中橡胶粒子和琼脂分子出现明显分离的现象,膜中不同位置的物质组成不均匀。为解决此问题,本发明人进一步探索了利用微波辐照处理天然胶乳与琼脂-表面活性剂溶液的共混溶液后,立即降温和冷冻干燥的方法,最终发现这种工艺组合能保证天然橡胶和琼脂复合膜形态完整、孔径尺寸均匀,且膜中橡胶粒子与琼脂分子交错均匀分布。
本发明提供的多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜,其特征在于该大孔膜中天然橡胶粒子与琼脂的质量比为15.5:1~24.7:1,每克大孔膜中氨基酸类表面活性剂至少为2.8mg,该大孔膜的孔径分布在1~10µm,膜中孔隙率≥53.8%,每克膜的吸湿量≥1.8g,膜的锁水性能值≤4.5cm,膜的水蒸发量≥9.8g.h-1.cm-2,膜的拉伸强度≥10.6MPa,膜的断裂伸长率≥505%,膜的柔软度值≤143mN。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜的制备方法,该方法的工艺步骤和条件如下:
1)制备琼脂-表面活性剂溶液:煮沸1000mL蒸馏水,在保持溶液沸腾、搅拌转速为10~20r/min的条件下加入15~35g琼脂后,保持溶液沸腾30~60min,再用频率为28~50kHz的超声波在50~70℃分散处理琼脂溶液10~20min后,在50~70℃、搅拌转速为20~40r/min的条件下加入100~200g质量分数为1~2%的氨基酸类表面活性剂溶液,然后用碱性溶液将琼脂-表面活性剂溶液的pH值调节至10~11;
2)制备天然橡胶和琼脂复合大孔膜:在20℃、搅拌转速为10~30r/min的条件下将60~120g蒸馏水加入到60g天然橡胶胶乳后,再加入60~120g琼脂-表面活性剂溶液,保持搅拌30~60min后,用频率为2450MHz、功率为1~2kW的微波辐照处理混合液至少3min,然后将混合液在-30~-50℃冷冻干燥至少12h,得到多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜。
所述的多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜的制备方法,其特征在于所述步骤1)中氨基酸类表面活性剂为谷氨酸系列、甘氨酸系列、丙氨酸系列中的至少一种。
所述的多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜的制备方法,其特征在于所述步骤1)中氨基酸类表面活性剂为肉豆蔻酰基谷氨酸、肉豆蔻酰基谷氨酸钠、月桂酰基甘氨酸、椰油酰基甘氨酸钾、正辛酰甘氨酸、月桂酰基丙氨酸钠、月桂酰基丙氨酸钾、N-椰子油脂肪酸-L-丙氨酸钠中的至少一种。
本发明提供的多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜的制备技术方案,巧妙地利用了具有起泡性和抗盐性的氨基酸类表面活性剂,首先利用氨基酸类表面活性剂能形成胶束的特性,将经超声波预先分散的琼脂分子或聚集体进行囊化包裹,实现进一步降低琼脂聚集体尺寸以促进天然胶乳与琼脂均匀混合;其次利用氨基酸类表面活性剂中氨基和羧基离解后带电荷的性质,补充橡胶粒子表面吸附的电荷数量,以缓解天然胶乳与琼脂共混过程中橡胶粒子表面电荷数量下降、稳定性变差的问题,从而保证天然胶乳与琼脂能够稳定共存,为天然橡胶和琼脂复合大孔膜的制备提供均匀的溶液;最后利用氨基酸类表面活性剂能降低溶液表面张力的作用原理,实现表面活性剂对冷冻干燥过程中橡胶粒子、琼脂分子的保护作用,从而维持冻干后天然橡胶和琼脂复合大孔膜外观形态的完整性和微观组成的均匀性。
本发明还具有以下优点:
1、本发明提供的方法构思巧妙,工艺和操作简单,所用的主要设备为搅拌装置、超声波处理器和微波处理器,这些都是常用的实验室设备,无需额外投资。
2、用本发明提供的方法制得的天然橡胶和琼脂复合大孔膜集合了天然橡胶和琼脂的优势,使得大孔膜具有良好的力学性能、吸水性和锁水性、透气性,既可以用作伤口敷料,又可以用作负载药物的基材,应用范围广,因而天然橡胶和琼脂复合大孔膜具有较好的市场前景。
3、由于本发明提供的方法所使用材料天然胶乳、琼脂和氨基酸类表面活性剂均为常规化工材料,且来自天然植物或进一步加工产品,因而材料来源广泛、绿色安全。
具体实施方式
下面给出实施例以对本发明作更详细的说明,有必要指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
实施例1
1)制备琼脂-表面活性剂溶液:煮沸1000mL蒸馏水,在保持溶液沸腾、搅拌转速为10r/min的条件下加入15g琼脂后,保持溶液沸腾30min,再用频率为28kHz的超声波在50℃分散处理琼脂溶液10min后,在50℃、搅拌转速为20r/min的条件下加入100g质量分数为1%的肉豆蔻酰基谷氨酸钠表面活性剂溶液,然后用质量分数为10%的氨水溶液将琼脂-表面活性剂溶液的pH值调节至10;
2)制备天然橡胶和琼脂复合大孔膜:在20℃、搅拌转速为10r/min的条件下将60g蒸馏水加入到60g天然橡胶胶乳后,再加入120g琼脂-表面活性剂溶液,保持搅拌30min后,用频率为2450MHz、功率为1kW的微波辐照处理混合液3min,然后将混合液在-30℃冷冻干燥18h,得到多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜。该膜中天然橡胶粒子与琼脂的质量比为22.5:1,且每克膜中氨基酸类表面活性剂含量为2.8mg。
实施例2
1)制备琼脂-表面活性剂溶液:煮沸1000mL蒸馏水,在保持溶液沸腾、搅拌转速为20r/min的条件下加入20g琼脂后,保持溶液沸腾40min,再用频率为35kHz的超声波在60℃分散处理琼脂溶液15min后,在60℃、搅拌转速为30r/min的条件下加入100g质量分数为1.4%的月桂酰基甘氨酸表面活性剂溶液和50g质量分数为1.4%的椰油酰基甘氨酸钾表面活性剂溶液,然后用质量分数为5%的氨水溶液将琼脂-表面活性剂溶液的pH值调节至10.5;
2)制备天然橡胶和琼脂复合大孔膜:在20℃、搅拌转速为20r/min的条件下将80g蒸馏水加入到60g天然橡胶胶乳后,再加入100g琼脂-表面活性剂溶液,保持搅拌40min后,用频率为2450MHz、功率为1.3kW的微波辐照处理混合液4min,然后将混合液在-40℃冷冻干燥15h,得到多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜。该膜中天然橡胶粒子与琼脂的质量比为21.3:1,且每克膜中氨基酸类表面活性剂含量为4.7mg。
实施例3
1)制备琼脂-表面活性剂溶液:煮沸1000mL蒸馏水,在保持溶液沸腾、搅拌转速为15r/min的条件下加入25g琼脂后,保持溶液沸腾50min,再用频率为45kHz的超声波在70℃分散处理琼脂溶液20min后,在70℃、搅拌转速为40r/min的条件下加入100g质量分数为1.6%的正辛酰甘氨酸表面活性剂溶液和100g质量分数为1.6%的月桂酰基丙氨酸钠表面活性剂溶液,然后用质量分数为1%的氢氧化钠溶液将琼脂-表面活性剂溶液的pH值调节至10.5;
2)制备天然橡胶和琼脂复合大孔膜:在20℃、搅拌转速为30r/min的条件下将100g蒸馏水加入到60g天然橡胶胶乳后,再加入80g琼脂-表面活性剂溶液,保持搅拌50min后,用频率为2450MHz、功率为1.8kW的微波辐照处理混合液5min,然后将混合液在-50℃冷冻干燥12h,得到多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜。该膜中天然橡胶粒子与琼脂的质量比为22.2:1,且每克膜中氨基酸类表面活性剂含量为5.5mg。
实施例4
1)制备琼脂-表面活性剂溶液:煮沸1000mL蒸馏水,在保持溶液沸腾、搅拌转速为15r/min的条件下加入30g琼脂后,保持溶液沸腾60min,再用频率为50kHz的超声波在60℃分散处理琼脂溶液15min后,在60℃、搅拌转速为25r/min的条件下加入100g质量分数为2%的月桂酰基丙氨酸钾表面活性剂溶液和80g质量分数为2%的N-椰子油脂肪酸-L-丙氨酸钠表面活性剂溶液,然后用质量分数为2%的氢氧化钠溶液将琼脂-表面活性剂溶液的pH值调节至11;
2)制备天然橡胶和琼脂复合大孔膜:在20℃、搅拌转速为15r/min的条件下将120g蒸馏水加入到60g天然橡胶胶乳后,再加入60g琼脂-表面活性剂溶液,保持搅拌60min后,用频率为2450MHz、功率为2kW的微波辐照处理混合液6min,然后将混合液在-30℃和-50℃依次冷冻干燥10h、4h,得到多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜。该膜中天然橡胶粒子与琼脂的质量比为24.7:1,且每克膜中氨基酸类表面活性剂含量为4.7mg。
实施例5
1)制备琼脂-表面活性剂溶液:煮沸1000mL蒸馏水,在保持溶液沸腾、搅拌转速为20r/min的条件下加入35g琼脂后,保持溶液沸腾50min,再用频率为28kHz的超声波在50℃分散处理琼脂溶液20min后,在50℃、搅拌转速为35r/min的条件下加入100g质量分数为1.5%的正辛酰甘氨酸表面活性剂溶液和50g质量分数为1.5%的肉豆蔻酰基谷氨酸表面活性剂溶液,然后用质量分数为5%的氨水溶液将琼脂-表面活性剂溶液的pH值调节至10;
2)制备天然橡胶和琼脂复合大孔膜:在20℃、搅拌转速为25r/min的条件下将80g蒸馏水加入到60g天然橡胶胶乳后,再加入80g琼脂-表面活性剂溶液,保持搅拌40min后,用频率为2450MHz、功率为1.5kW的微波辐照处理混合液4min,然后将混合液在-50℃冷冻干燥12h,得到多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜。该膜中天然橡胶粒子与琼脂的质量比为15.5:1,且每克膜中氨基酸类表面活性剂含量为3.9mg。
为了考察本发明天然橡胶和琼脂复合膜所具有的特性,随机选取以上实施例制备的天然橡胶和琼脂复合膜,测定的性能如表1所示。利用扫描电子显微镜测定膜中孔径分布情况,所有膜中孔径分布在1~10µm,属于大孔尺寸。采用液体替代法测定膜的孔隙率(刘文辉, 刘晓亚, 陈明清, 等. 壳聚糖基生物医用材料及其应用研究进展. 功能高分子学报,2001, 14(4): 493-496.),孔隙率的数值越大,表明膜中孔洞结构越多。所有膜的孔隙率≥53.8%,表明天然橡胶和琼脂复合膜具有良好的孔洞疏松结构。采用重量法测定膜的吸湿性能,吸湿量的数值越大,表明膜的吸湿性能越好。所有膜的吸湿量值≥1.8 g水.g-1膜,表明天然橡胶和琼脂复合膜具有良好的吸湿性能。采用扩散法测定膜的锁水性能(夏时春, 黄文祥, 陈炯, 等. 两种不同泡沫敷料透气、吸水及锁水性能比较. 中国基层医药, 2017,24(13): 1946-1949.),扩散直径的数值越低,表明膜的锁水性能越好。所有膜的扩散直径值≤4.5cm,表明天然橡胶和琼脂复合膜具有良好的锁水性能。通过测定水蒸发量评价膜的透气性能(陈炯, 苏国良, 李强, 等. 不同敷料组合对烧伤患者供皮区创面微环境的影响. 中华烧伤杂志, 2009, 25(3): 218-221.),水蒸发量的数值越大,表明膜的透气性能越好。所有膜的水蒸发量值≥9.8g.h-1.cm-2,表明天然橡胶和琼脂复合膜具有良好的透气性能。按照GB/T 528-2009标准测定膜的拉伸强度和断裂伸长率。所有膜的拉伸强度≥10.6MPa,断裂伸长率≥505%,表明天然橡胶和琼脂复合膜具有良好的拉伸应力应变性能。按照GB/T 8942-2016标准测定膜的柔软性,柔软度的数值越低,表明膜的柔软性越好。所有膜的柔软度值≤143mN,表明天然橡胶和琼脂复合膜具有良好的柔软性。
表1 天然橡胶和琼脂复合大孔膜的特性
Claims (2)
1.一种多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜,其特征在于:该大孔膜中天然橡胶粒子与琼脂的质量比为15.5:1~24.7:1,每克大孔膜中氨基酸类表面活性剂至少为2.8mg,该大孔膜的孔径分布在1~10μm,膜中孔隙率≥53.8%,每克膜的吸湿量≥1.8g,膜的锁水性能值≤4.5cm,膜的水蒸发量≥9.8g.h-1.cm-2,膜的拉伸强度≥10.6MPa,膜的断裂伸长率≥505%,膜的柔软度值≤143mN,所述的氨基酸类表面活性剂为肉豆蔻酰基谷氨酸钠、月桂酰基甘氨酸和椰油酰基甘氨酸钾、正辛酰甘氨酸和月桂酰基丙氨酸钠、月桂酰基丙氨酸钾和N-椰子油脂肪酸-L-丙氨酸钠、正辛酰甘氨酸和肉豆蔻酰基谷氨酸中的一种。
2.一种制备权利要求1所述的多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜的方法,该方法的工艺步骤和条件如下:
1)制备琼脂-表面活性剂溶液:煮沸1000mL蒸馏水,在保持溶液沸腾、搅拌转速为10~20r/min的条件下加入15~35g琼脂后,保持溶液沸腾30~60min,再用频率为28~50kHz的超声波在50~70℃分散处理琼脂溶液10~20min后,在50~70℃、搅拌转速为20~40r/min的条件下加入100~200g质量分数为1~2%的氨基酸类表面活性剂溶液,然后用碱性溶液将琼脂-表面活性剂溶液的pH值调节至10~11;
2)制备天然橡胶和琼脂复合大孔膜:在20℃、搅拌转速为10~30r/min的条件下将60~120g蒸馏水加入到60g天然橡胶胶乳后,再加入60~120g琼脂-表面活性剂溶液,保持搅拌30~60min后,用频率为2450MHz、功率为1~2kW的微波辐照处理混合液至少3min,然后将混合液在-30~-50℃冷冻干燥至少12h,得到多特性的天然橡胶和琼脂复合大孔膜。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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