RU2757499C1 - Chitosan modification method - Google Patents

Chitosan modification method Download PDF

Info

Publication number
RU2757499C1
RU2757499C1 RU2021108580A RU2021108580A RU2757499C1 RU 2757499 C1 RU2757499 C1 RU 2757499C1 RU 2021108580 A RU2021108580 A RU 2021108580A RU 2021108580 A RU2021108580 A RU 2021108580A RU 2757499 C1 RU2757499 C1 RU 2757499C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chitosan
copolymer
methacrylate
ethyl ketone
methyl ethyl
Prior art date
Application number
RU2021108580A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталия Максимовна Ярцева
Екатерина Борисовна Брюзгина
Ольга Алексеевна Макевнина
Кристина Андреевна Белина
Ольга Владимировна Коляганова
Виктор Викторович Климов
Евгений Викторович Брюзгин
Александр Валентинович Навроцкий
Иван Александрович Новаков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Priority to RU2021108580A priority Critical patent/RU2757499C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2757499C1 publication Critical patent/RU2757499C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/0006Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid
    • C08B37/0024Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid beta-D-Glucans; (beta-1,3)-D-Glucans, e.g. paramylon, coriolan, sclerotan, pachyman, callose, scleroglucan, schizophyllan, laminaran, lentinan or curdlan; (beta-1,6)-D-Glucans, e.g. pustulan; (beta-1,4)-D-Glucans; (beta-1,3)(beta-1,4)-D-Glucans, e.g. lichenan; Derivatives thereof
    • C08B37/00272-Acetamido-2-deoxy-beta-glucans; Derivatives thereof
    • C08B37/003Chitin, i.e. 2-acetamido-2-deoxy-(beta-1,4)-D-glucan or N-acetyl-beta-1,4-D-glucosamine; Chitosan, i.e. deacetylated product of chitin or (beta-1,4)-D-glucosamine; Derivatives thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Graft Or Block Polymers (AREA)

Abstract

FIELD: polymer chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the field of polymer chemistry. The method for modifying chitosan involves the synthesis of a copolymer containing oxirane fragments in the presence of azobisisobutyronitrile and grafting of the copolymer to chitosan. Grafting of the copolymer is carried out by keeping chitosan in the form of chitosan films or spongy material, previously obtained in acetic acid solutions, at 20°С for 30 minutes in a 1.5-7.5 wt.% solution of a previously prepared copolymer of glycidyl methacrylate and hexyl methacrylate selected from the series, n-decyl methacrylate, lauryl methacrylate, tetradecyl methacrylate, stearyl methacrylate derivative of methacrylate in methyl ethyl ketone, taken in a molar ratio of monomers equal to 4:1. Then, the modified chitosan is thermostated at 140°С for 1 hour and the unreacted copolymer is washed from the unreacted copolymer by extraction in a Soxhlet apparatus using methyl ethyl ketone as an extractant for 4 hours.
EFFECT: invention is aimed at increasing the hydrophobicity of materials based on chitosan while maintaining their biodegradability and biocompatibility.
1 cl, 3 dwg, 2 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к области химии полимеров, в частности к модификации природного полимера хитозана, и может найти применение в областях медицины, косметики, пищевой промышленности, биотехнологии, очистки сточных вод. The invention relates to the field of polymer chemistry, in particular to the modification of the natural polymer of chitosan, and can be used in the fields of medicine, cosmetics, food industry, biotechnology, wastewater treatment.

Известен способ эмульсионной безэмульгаторной привитой сополимеризации хитозана с н-бутилакрилатом по свободно-радикальному механизму [Chitosan-graft-poly(n-butyl acrylate) copolymer: Synthesis and characterization of a natural/synthetic hybrid material / P. Anbinder, C. Macchi, J. Amalvy, A. Somoza // Carbohydrate polymers. - 2016. - Vol. 145. - Р. 86-94]. Привитая сополимеризация осуществлялась в 1% водном растворе уксусной кислоты с использованием персульфата калия в качестве инициатора при температуре 60°С в течение 24 часов. A known method of emulsion-free graft copolymerization of chitosan with n-butyl acrylate by the free radical mechanism [Chitosan-graft-poly (n-butyl acrylate) copolymer: Synthesis and characterization of a natural / synthetic hybrid material / P. Anbinder, C. Macchi, J Amalvy, A. Somoza // Carbohydrate polymers. - 2016. - Vol. 145. - P. 86-94]. The graft copolymerization was carried out in a 1% aqueous solution of acetic acid using potassium persulfate as an initiator at a temperature of 60 ° C for 24 hours.

К недостаткам данного способа можно отнести проведение процесса в кислой среде, ингибирующей действие инициатора, полученные сополимеры могут терять растворимость в результате высокой степени прививки по аминогруппам, что затрудняет дальнейшую переработку сополимера в изделия, невозможность определения физико-химических характеристик привитого блока.The disadvantages of this method include carrying out the process in an acidic medium that inhibits the action of the initiator, the resulting copolymers can lose solubility as a result of a high degree of grafting at amino groups, which complicates further processing of the copolymer into products, the impossibility of determining the physicochemical characteristics of the grafted block.

Известен способ получения привитого сополимера хитозана и полиметилметакрилата в две стадии [Synthesis and characterization of chitosan-g-glycidyl methacrylate with methyl methacrylate / E.A. Elizalde-Pena, N. Flores-Ramirez, G. Luna-Barcenas, S.R. Vasquez-Garcia, G. Arambula-Villa, B. Garcia-Gaitan, J.G. Rutiaga-Quinones, J. Gonzalez-Hernandez // European Polymer Journal. - 2007. - Vol.43. - Is. 9. - P. 3963-3969]. На первой стадии проводится функционализация хитозана глицидилметакрилатом в 0,4М водном растворе уксусной кислоты с добавлением 0,05М раствора KOH для поддержания pH реакционной смеси 3,8. Продолжительность процесса составляет 2 часа при 60°С. На второй стадии проводится сополимеризация метилметакрилата с продуктом, полученным на первой стадии. В качестве растворителя используется смесь 0,4М уксусной кислоты и тетрагидрофурана в соотношении 7:3, инициатором выступает азобисизобутиронитрил при 70°С в течение 3 часов. A known method of obtaining a graft copolymer of chitosan and polymethyl methacrylate in two stages [Synthesis and characterization of chitosan-g-glycidyl methacrylate with methyl methacrylate / E.A. Elizalde-Pena, N. Flores-Ramirez, G. Luna-Barcenas, S.R. Vasquez-Garcia, G. Arambula-Villa, B. Garcia-Gaitan, J.G. Rutiaga-Quinones, J. Gonzalez-Hernandez // European Polymer Journal. - 2007. - Vol.43. - Is. 9. - P. 3963-3969]. At the first stage, chitosan is functionalized with glycidyl methacrylate in a 0.4 M aqueous solution of acetic acid with the addition of 0.05 M KOH solution to maintain the pH of the reaction mixture at 3.8. The process takes 2 hours at 60 ° C. In the second stage, methyl methacrylate is copolymerized with the product obtained in the first stage. A mixture of 0.4 M acetic acid and tetrahydrofuran in a ratio of 7: 3 is used as a solvent; azobisisobutyronitrile acts as an initiator at 70 ° C for 3 hours.

К недостаткам данного способа можно отнести протекание на первой стадии побочной реакции полимеризации глицидилметакрилата, необходимость контроля рН-среды, низкий выход целевого продукта, невозможность определения физико-химических характеристик, привитых к основной цепи хитозана фрагментов полиметиметакрилата.The disadvantages of this method include the occurrence at the first stage of the side reaction of glycidyl methacrylate polymerization, the need to control the pH environment, low yield of the target product, the impossibility of determining the physicochemical characteristics grafted to the main chain of chitosan polymethymethacrylate fragments.

Известен способ сополимеризации хитозана с синтетическими полимерами (мономерами) (Патент RU №2292354, МПК С08В 37/06, С08F 251/02, 27.01.2007), содержащими функциональные группы, способные реагировать с функциональными группами хитозана под действием сдвиговых деформаций в твердой фазе в результате реакционной экструзии при температурах от 20-200°С в течение 5-20 минут.There is a known method for copolymerizing chitosan with synthetic polymers (monomers) (Patent RU No. 2292354, IPC С08В 37/06, С08F 251/02, 27.01.2007) containing functional groups capable of reacting with functional groups of chitosan under the action of shear deformations in the solid phase in as a result of reactive extrusion at temperatures from 20-200 ° C for 5-20 minutes.

Недостатком данного способа является необходимость использования технически сложного оборудования - экструдера или механического реактора шнекового типа.The disadvantage of this method is the need to use technically complex equipment - an extruder or a screw-type mechanical reactor.

Известен способ гетерогенной привитой сополимеризации акриловой кислоты и хитозана, представляющего собой предварительно сформованный пористый материал [A pH-sensitive porous chitosan membrane prepared via surface grafting copolymerization in supercritical carbon dioxide / LQ. Cao, XH. Wang, G. Wang, JD. Wang // Polymer International. - 2015. - Vol. 64. - Is. 3. - P. 383-388]. Привитую сополимеризацию осуществляют в среде сверхкритического диоксида углерода в присутствии пероксида бензоила в качестве инициатора при температуре реакции 80°С и давлении 18 МПа в течение 8 часов.The known method of heterogeneous graft copolymerization of acrylic acid and chitosan, which is a preformed porous material [A pH-sensitive porous chitosan membrane prepared via surface grafting copolymerization in supercritical carbon dioxide / LQ. Cao, XH. Wang, G. Wang, JD. Wang // Polymer International. - 2015. - Vol. 64 - Is. 3. - P. 383-388]. Graft copolymerization is carried out in a supercritical carbon dioxide medium in the presence of benzoyl peroxide as an initiator at a reaction temperature of 80 ° C and a pressure of 18 MPa for 8 hours.

Недостатками данного способа являются отсутствие возможности охарактеризовать физико-химические параметры привитых полиакриловых блоков, энергозатратность процесса, обусловленная необходимостью поддержания требуемых условий сополимеризации, при этом процесс должен осуществляться с использованием специфического оборудования - реактора, способного выдерживать высокое давление.The disadvantages of this method are the inability to characterize the physicochemical parameters of the grafted polyacrylic blocks, the energy consumption of the process due to the need to maintain the required copolymerization conditions, while the process must be carried out using specific equipment - a reactor capable of withstanding high pressure.

Наиболее близким является способ получения гибридных полимерных материалов на основе хитозана и синтетических полимеров, содержащих оксирановые фрагменты (Патент US6517933, МПК B32B 7/02, C08H 5/04, 2003 г.). Способ заключается в образовании на хитозане привитого полимерного покрытия в присутствии азобисизобутиронитрила, при температуре 5-250°С, при массовых соотношениях хитозан : полимер, равных 95-5:5-95. The closest is a method for producing hybrid polymeric materials based on chitosan and synthetic polymers containing oxirane fragments (Patent US6517933, IPC B32B 7/02, C08H 5/04, 2003). The method consists in the formation of a grafted polymer coating on chitosan in the presence of azobisisobutyronitrile, at a temperature of 5-250 ° C, at a mass ratio of chitosan: polymer equal to 95-5: 5-95.

Недостатком данного способа является необходимость подбора подходящих для обоих блоков растворителей при использовании гидрофобных нерастворимых в уксусной кислоте синтетических полимеров для обеспечения гомогенности реакции. Потеря растворимости полученных сополимеров при охлаждении смесей делает невозможным растворное формование изделий из полученного модифицированного хитозана. При этом отсутствуют данные, свидетельствующие о ковалентном взаимодействии хитозановых макромолекул и синтетических блоков.The disadvantage of this method is the need to select suitable solvents for both blocks when using hydrophobic, acetic acid-insoluble synthetic polymers to ensure the homogeneity of the reaction. The loss of solubility of the obtained copolymers upon cooling the mixtures makes it impossible to mortar molding of articles from the obtained modified chitosan. At the same time, there are no data indicating the covalent interaction of chitosan macromolecules and synthetic blocks.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа гетерофазного получения привитых сополимеров хитозана, исключающего негативное влияние прививки на способность хитозана к формованию изделий из растворов, обусловленное потерей растворимости. The objective of the present invention is to develop a method for heterophase production of graft copolymers of chitosan, excluding the negative effect of grafting on the ability of chitosan to form products from solutions, due to the loss of solubility.

Техническим результатом является повышение гидрофобности материалов на основе хитозана при сохранении их биодеградируемости и биосовместимости.The technical result is to increase the hydrophobicity of materials based on chitosan while maintaining their biodegradability and biocompatibility.

Технический результат достигается при реализации способа модификации хитозана, заключающемся в синтезе содержащего оксирановые фрагменты сополимера в присутствии азобисизобутиронитрила и прививки сополимера к хитозану, при этом прививку сополимера осуществляют выдерживанием хитозана в виде хитозановых пленок или губчатого материала, предварительно полученных в растворах уксусной кислоты, при 20°С в течение 30 минут в 1,5-7,5 мас.% растворе предварительно полученного сополимера глицидилметакрилата и выбранного из ряда гексилметакрилат, н-децилметакрилат, лаурилметакрилат, тетрадецилметакрилат, стеарилметакриалат производного метакрилата в метилэтилкетоне, взятых в мольном соотношении мономеров, равном 4:1, с последующим термостатированием модифицированного хитозана при 140°С в течение 1 часа и отмывкой от непрореагировавшего сополимера экстракцией в аппарате Сокслета с использованием метилэтилкетона в качестве экстрагента в течение 4 часов. The technical result is achieved by implementing a method for modifying chitosan, which consists in the synthesis of a copolymer containing oxirane fragments in the presence of azobisisobutyronitrile and grafting the copolymer to chitosan, while grafting the copolymer is carried out by keeping chitosan in the form of chitosan films or a spongy material previously obtained in solutions of 20 ° acetic acid With for 30 minutes in a 1.5-7.5 wt.% Solution of a previously obtained copolymer of glycidyl methacrylate and selected from the series of hexyl methacrylate, n-decyl methacrylate, lauryl methacrylate, tetradecyl methacrylate, stearyl methacrylate derivative of methacrylate in methyl ethyl ketone, taken in monomer molar ratio 1, followed by thermostating the modified chitosan at 140 ° C for 1 hour and washing off the unreacted copolymer by extraction in a Soxhlet apparatus using methyl ethyl ketone as an extractant for 4 hours.

Сущность изобретения заключается в модификации хитозана посредством прививки к нему полученного сополимера. Прививка осуществляется за счет образования химических связей между соответствующими функциональными группами сополимера и хитозана: в результате взаимодействия оксирановых циклов в структуре глицидилметакрилатных звеньев модифицирующего сополимера с гидроксильными и аминными группами хитозана. Способ осуществляется гетерофазно и включает обработку хитозана 1,5-7,5% (мас.) раствором сополимера в метилэтилкетоне в течение 30 минут с последующей термообработкой при 140°С.The essence of the invention lies in the modification of chitosan by grafting the obtained copolymer thereto. Grafting is carried out due to the formation of chemical bonds between the corresponding functional groups of the copolymer and chitosan: as a result of the interaction of oxirane rings in the structure of the glycidyl methacrylate units of the modifying copolymer with the hydroxyl and amine groups of chitosan. The method is carried out heterophase and includes the treatment of chitosan with a 1.5-7.5% (wt.) Solution of the copolymer in methyl ethyl ketone for 30 minutes, followed by heat treatment at 140 ° C.

Для синтеза сополимера в качестве одного из мономеров используют глицидилметакрилат, а в качестве второго мономера используют алкильное производное метакрилата, выбранное из ряда гексилметакрилат, н-децилметакрилат, лаурилметакрилат, тетрадецилметакрилат, стеарилметакриалат, в мольном соотношении первого и второго мономера, равном 4:1. For the synthesis of the copolymer, glycidyl methacrylate is used as one of the monomers, and an alkyl derivative of methacrylate selected from the series of hexyl methacrylate, n-decyl methacrylate, lauryl methacrylate, tetradecyl methacrylate, stearyl methacrylate, in a molar ratio of 4, is used as the second monomer, in the molar ratio of the first, and the ratio of the first is 1 and 1.

К преимуществам заявленного способа модификации хитозана относятся возможность прививки к цепи хитозана полимеров, взаимодействие которых с хитозаном в растворе затруднено отсутствием растворителей, смешивающихся с водным раствором уксусной кислоты в широком интервале концентраций (т.е. возможность гетерофазного проведения модификации). Технологическое оформление процесса не требует использования сложной аппаратурной базы.The advantages of the claimed method for modifying chitosan include the possibility of grafting polymers to the chitosan chain, the interaction of which with chitosan in solution is hindered by the absence of solvents miscible with an aqueous solution of acetic acid in a wide range of concentrations (i.e., the possibility of heterophase modification). The technological design of the process does not require the use of a complex hardware base.

Прививка на поверхность хитозановых пленок сополимеров глицидилметакрилата и алкилметакрилатов (мольное соотношение сомономеров 4:1) с использованием 1,5-7,5% (мас.) модифицирующих растворов позволяет придать гидрофобность, характеризующуюся углами смачивания до 100 град. В случае аэрогелей (губчатых материалов) обработка сополимерами глицидилметакрилата и алкилметакрилатов позволяет достичь супергидрофобного состояния с контактным углом ~150 град.Grafting onto the surface of chitosan films of copolymers of glycidyl methacrylate and alkyl methacrylates (molar ratio of comonomers 4: 1) using 1.5-7.5% (wt.) Modifying solutions makes it possible to impart hydrophobicity, characterized by contact angles up to 100 degrees. In the case of aerogels (spongy materials), treatment with copolymers of glycidyl methacrylate and alkyl methacrylates makes it possible to achieve a superhydrophobic state with a contact angle of ~ 150 degrees.

Значения углов смачивания модифицированных хитозановых пленок и аэрогелей приведены в таблицах 1 и 2.The values of the contact angles of the modified chitosan films and aerogels are given in Tables 1 and 2.

Таблица 1Table 1 МодификаторModifier Угол смачивания, °Contact angle, ° Концентрация модифицирующего раствора сополимера, % масс.Concentration of the modifying copolymer solution,% wt. 1,51.5 33 4,54.5 66 7,57.5 Хитозановая пленка без модификатораChitosan film without modifier 9393 сополимер 1copolymer 1 9595 8888 сополимер 2copolymer 2 9898 9898 сополимер 3copolymer 3 9999 сополимер 4copolymer 4 9797 9898 сополимер 5copolymer 5 100100 100100 100100

Таблица 2table 2 МодификаторModifier Угол смачивания, °Contact angle, ° Концентрация модифицирующего раствора сополимера, % масс.Concentration of the modifying copolymer solution,% wt. 1,51.5 33 4,54.5 66 7,57.5 Хитозановый аэрогель без модификатораChitosan airgel without modifier 123, капля быстро впитывается123, the drop is quickly absorbed сополимер 1copolymer 1 139139 139139 сополимер 2copolymer 2 151151 сополимер 3copolymer 3 141141 сополимер 4copolymer 4 142142 142142 сополимер 5copolymer 5 150150 150150

На фиг. 1 показана схема прививки сополимера к хитозановому пленочному или губчатому материалу (аэрогелю). FIG. 1 shows a scheme for grafting a copolymer to a chitosan film or sponge material (airgel).

На фиг. 2 показаны изображения со сканирующего электронного микроскопа (с увеличением х165) сколов аэрогелей до (1) и после (2) модификации, на примере 3% (мас.) раствора сополимера 3 в метилэтилкетоне. Полученные хитозановые аэрогели обладают высокой пористостью, размеры пор составляют 100-200 мкм. Стенки пор представляют собой пленочные образования с толщиной 600-700 нм. FIG. 2 shows images from a scanning electron microscope (with a magnification of x165) of airgel chips before (1) and after (2) modification, for example, a 3% (wt.) Solution of copolymer 3 in methyl ethyl ketone. The obtained chitosan aerogels have high porosity, the pore sizes are 100-200 microns. The pore walls are film formations with a thickness of 600-700 nm.

На фиг. 3 показаны ИК-спектры образцов до (1) и после (2) модификации, на примере 3% (мас.) раствора сополимера 3 в метилэтилкетоне после экстракции по наличию пика 1728 см-1, соответствующего валентным колебаниям карбонильной группы в сложных эфирах, подтверждающие образование привитого сополимера хитозана.FIG. 3 shows the IR spectra of the samples before (1) and after (2) modification, for example, a 3% (wt.) Solution of copolymer 3 in methyl ethyl ketone after extraction by the presence of a peak at 1728 cm -1 corresponding to stretching vibrations of the carbonyl group in esters, confirming the formation of a graft copolymer of chitosan.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Получение хитозановых пленокExample 1. Obtaining chitosan films

Для получения хитозановых пленок готовят раствор хитозана в уксусной кислоте следующим образом: 2 г хитозана помещают в стакан вместимостью 200 мл, добавляют 96 г воды и перемешивают в течение 30 минут, после чего по каплям вводят 2 г уксусной кислоты, перемешивание продолжают 3 часа, после чего раствор фильтруют под вакуумом через фильтр Шотта для отделения нерастворившихся частиц. По 10 г раствора хитозана помещают в полистирольные чашки Петри диаметром 10 см и сушат до постоянной массы при 40°С. Полученные пленки восстанавливают из водорастворимой формы в кислоторастворимую форму выдерживанием в водно-спиртовом растворе аммиака (13% (мас.) раствор аммиака в смеси воды и метилового спирта = 1:1 об.ч.) в течение 30 минут с последующей многократной промывкой дистиллированной водой до нейтральной среды и сушкой до постоянной массы при 40°С.To obtain chitosan films, a solution of chitosan in acetic acid is prepared as follows: 2 g of chitosan is placed in a glass with a capacity of 200 ml, 96 g of water is added and stirred for 30 minutes, after which 2 g of acetic acid is added dropwise, stirring is continued for 3 hours, after whereby the solution is filtered under vacuum through a Schott filter to separate undissolved particles. 10 g of chitosan solution are placed in polystyrene Petri dishes 10 cm in diameter and dried to constant weight at 40 ° C. The resulting films are reduced from a water-soluble form to an acid-soluble form by keeping in a water-alcohol solution of ammonia (13% (wt.) Ammonia solution in a mixture of water and methanol = 1: 1 vol) for 30 minutes, followed by repeated washing with distilled water to a neutral medium and drying to constant weight at 40 ° C.

Пример 2. Получение губчатых хитозановых материалов (аэрогелей)Example 2. Obtaining spongy chitosan materials (aerogels)

Аналогично примеру 1 готовили 1% (мас.) раствор хитозана в 1% (мас.) водной уксусной кислоте, после чего добавляли 3% (мас.) водный раствор глутарового альдегида (мольное соотношение глутарового альдегида:хитозана составляло 1:1). Перемешивали реакционную массу в течение 30 минут на магнитной мешалке. Полученный гель дегазировали в ультразвуковой ванне в течение 10 минут, помещали по 75 г раствора хитозана в полистирольные чашки Петри диаметром 10 см и оставляли на 72 часа при комнатной температуре. Далее гидрогель подвергали 12-ти часовой заморозке при -30°С с последующей разморозкой в течение 6-ти часов при 25°С. Гель переводили из солевой формы в основную водно-спиртовым раствором аммиака (13% (мас.) раствор аммиака в смеси воды и метилового спирта = 1:1 об.ч.) в течение 24 часов. Дальнейшую отмывку до нейтральной среды производили дистиллированной водой. Восстановленные гидрогели замораживали при -30°С, а затем сушили при -82±2°С под вакуумом в лиофильной сушилке.Analogously to example 1, a 1% (wt.) Solution of chitosan in 1% (wt.) Aqueous acetic acid was prepared, after which a 3% (wt.) Aqueous solution of glutaraldehyde was added (the molar ratio of glutaraldehyde: chitosan was 1: 1). The reaction mixture was stirred for 30 minutes on a magnetic stirrer. The resulting gel was degassed in an ultrasonic bath for 10 minutes, 75 g of chitosan solution was placed in polystyrene Petri dishes 10 cm in diameter and left for 72 hours at room temperature. Next, the hydrogel was frozen for 12 hours at -30 ° C, followed by defrosting for 6 hours at 25 ° C. The gel was transferred from the salt form to the basic form with an aqueous-alcoholic solution of ammonia (13% (wt.) Ammonia solution in a mixture of water and methyl alcohol = 1: 1 parts by volume) within 24 hours. Further washing to a neutral medium was carried out with distilled water. The reduced hydrogels were frozen at -30 ° C and then dried at -82 ± 2 ° C under vacuum in a freeze dryer.

Пример 3. Синтез сополимеровExample 3. Synthesis of copolymers

Для синтеза сополимера глицидилметакрилата и алкильного производного метакрилата, выбранного из ряда гексилметакрилат, н-децилметакрилат, лаурилметакрилат, тетрадецилметакрилат, стеарилметакриалат, в мольном соотношении мономеров 4:1 в колбу объемом 20 мл помещают инициатор азобисизобутиронитрил (0,0084 г; 0,05 ммоль), первый мономер - глицидилметакрилат (1,7059 г, 12,0 ммоль), выбранный из заявленного ряда второй мономер (3 ммоль). Метилэтилкетон добавляется таким образом, чтобы при общей концентрации сомономеров в смеси 1,5 моль/л общий объем смеси составлял 10 мл. Смесь барботируют инертным газом (осушенный азот или аргон) в течение 20 минут для удаления воздуха и перемешивания компонентов, после чего термостатируют при 70°С в течение 24 часов. Полимер высаживают в ледяной метанол (-20°С), отделяют декантацией и сушат при пониженном давлении 24 часа.For the synthesis of a copolymer of glycidyl methacrylate and an alkyl derivative of methacrylate, selected from the series of hexyl methacrylate, n-decyl methacrylate, lauryl methacrylate, tetradecyl methacrylate, stearyl methacrylate, in a molar ratio of monomers 4: 1, 0.05 g isobutyron azobutyryl initiator is placed in a 20 ml flask with a volume of 20 ml; , the first monomer is glycidyl methacrylate (1.7059 g, 12.0 mmol), the second monomer selected from the claimed series (3 mmol). Methyl ethyl ketone is added so that with a total comonomer concentration in the mixture of 1.5 mol / L, the total volume of the mixture is 10 ml. The mixture is bubbled with an inert gas (dried nitrogen or argon) for 20 minutes to remove air and stir the components, and then thermostatted at 70 ° C for 24 hours. The polymer is precipitated into ice-cold methanol (-20 ° C), separated by decantation and dried under reduced pressure for 24 hours.

В соответствии с примером 3 были получены следующие сополимеры:In accordance with example 3, the following copolymers were obtained:

сополимер 1 - сополимер глицидилметакрилата и гексилметакрилата;copolymer 1 - copolymer of glycidyl methacrylate and hexyl methacrylate;

сополимер 2 - сополимер глицидилметакрилата и н-децилметакрилата;copolymer 2 is a copolymer of glycidyl methacrylate and n-decyl methacrylate;

сополимер 3 - сополимер глицидилметакрилата и лаурилметакрилата;copolymer 3 is a copolymer of glycidyl methacrylate and lauryl methacrylate;

сополимер 4 - сополимер глицидилметакрилата и тетрадецилметакрилата;copolymer 4 is a copolymer of glycidyl methacrylate and tetradecyl methacrylate;

сополимер 5 - сополимер глицидилметакрилата и стеарилметакриалата.copolymer 5 is a copolymer of glycidyl methacrylate and stearyl methacrylate.

Пример 4. Приготовление растворов сополимеровExample 4. Preparation of copolymer solutions

Для приготовления 1,5% (мас.) раствора полученного сополимера в метилэтилкетоне навеску сополимера массой 0,3 г растворяют в 19,7 г метилэтилкетона.To prepare a 1.5% (wt.) Solution of the obtained copolymer in methyl ethyl ketone, a sample of the copolymer weighing 0.3 g is dissolved in 19.7 g of methyl ethyl ketone.

Для приготовления 3% (мас.) раствора полученного сополимера в метилэтилкетоне навеску сополимера массой 0,6 г растворяют в 19,4 г метилэтилкетона.To prepare a 3% (wt.) Solution of the obtained copolymer in methyl ethyl ketone, a weighed portion of the copolymer weighing 0.6 g is dissolved in 19.4 g of methyl ethyl ketone.

Для приготовления 4,5% (мас.) раствора полученного сополимера в метилэтилкетоне навеску сополимера массой 0,9 г растворяют в 19,1 г метилэтилкетона.To prepare a 4.5% (wt.) Solution of the obtained copolymer in methyl ethyl ketone, a weighed portion of the copolymer weighing 0.9 g is dissolved in 19.1 g of methyl ethyl ketone.

Для приготовления 6% (мас.) раствора полученного сополимера в метилэтилкетоне навеску сополимера массой 1,2 г растворяют в 18,8 г метилэтилкетона.To prepare a 6% (wt.) Solution of the obtained copolymer in methyl ethyl ketone, a sample of the copolymer weighing 1.2 g is dissolved in 18.8 g of methyl ethyl ketone.

Для приготовления 7,5% (мас.) раствора полученного сополимера в метилэтилкетоне навеску сополимера массой 1,5 г растворяют в 18,5 г метилэтилкетона.To prepare a 7.5% (wt.) Solution of the obtained copolymer in methyl ethyl ketone, a sample of the copolymer weighing 1.5 g is dissolved in 18.5 g of methyl ethyl ketone.

Пример 5. Модификация хитозанаExample 5. Modification of chitosan

Хитозан в виде пленки или губчатого материала погружают в раствор предварительно полученного сополимера глицидилметакрилата и выбранного из ряда алкильного производного метакрилата в метилэтилкетоне, выдерживают при 20°С в растворе в течение 30 минут, извлекают из раствора и термостатируют при 140°С в течение 1 часа. После термостатирования образец отмывают от непрореагировавшего сополимера экстракцией в аппарате Сокслета с использованием метилэтилкетона в качестве экстрагента в течение 4 часов.Chitosan in the form of a film or spongy material is immersed in a solution of a previously obtained copolymer of glycidyl methacrylate and an alkyl derivative of methacrylate in methyl ethyl ketone, kept at 20 ° C in solution for 30 minutes, removed from the solution and thermostated at 140 ° C for 1 hour. After thermostating, the sample is washed from the unreacted copolymer by extraction in a Soxhlet apparatus using methyl ethyl ketone as an extractant for 4 hours.

Таким образом, способ модификации хитозана, заключающийся в синтезе содержащего оксирановые фрагменты сополимера в присутствии азобисизобутиронитрила и прививки сополимера к хитозану выдерживанием хитозана при 20°С в течение 30 минут в 1,5-7,5% (мас.) растворе предварительно полученного сополимера глицидилметакрилата и выбранного из ряда гексилметакрилат, н-децилметакрилат, лаурилметакрилат, тетрадецилметакрилат, стеарилметакриалат производного метакрилата в метилэтилкетоне, взятых в мольном соотношении мономеров равном 4:1, с последующим термостатированием модифицированного хитозана при 140°С в течение 1 часа, обеспечивает повышение гидрофобности материалов на основе хитозана при сохранении их биодеградируемости и биосовместимости.Thus, a method for modifying chitosan, which consists in the synthesis of a copolymer containing oxirane fragments in the presence of azobisisobutyronitrile and grafting of the copolymer to chitosan by keeping the chitosan at 20 ° C for 30 minutes in a 1.5-7.5% (wt.) Solution of a previously prepared copolymer of glycidyl methacrylate and selected from a number of hexyl methacrylate, n-decyl methacrylate, lauryl methacrylate, tetradecyl methacrylate, stearyl methacrylate derivative of methacrylate in methyl ethyl ketone, taken in a molar ratio of monomers equal to 4: 1, followed by thermostating the modified chitosan at 140 ° C, provides an increase in the hydrophobicity for 1 hour for 1 hour chitosan while maintaining their biodegradability and biocompatibility.

Claims (1)

Способ модификации хитозана, заключающийся в синтезе содержащего оксирановые фрагменты сополимера в присутствии азобисизобутиронитрила и прививки сополимера к хитозану, отличающийся тем, что прививку сополимера осуществляют выдерживанием хитозана в виде хитозановых пленок или губчатого материала, предварительно полученных в растворах уксусной кислоты, при 20°С в течение 30 минут в 1,5-7,5 мас.% растворе предварительно полученного сополимера глицидилметакрилата и выбранного из ряда гексилметакрилат, н-децилметакрилат, лаурилметакрилат, тетрадецилметакрилат, стеарилметакриалат производного метакрилата в метилэтилкетоне, взятых в мольном соотношении мономеров, равном 4:1, с последующим термостатированием модифицированного хитозана при 140°С в течение 1 часа и отмывкой от непрореагировавшего сополимера экстракцией в аппарате Сокслета с использованием метилэтилкетона в качестве экстрагента в течение 4 часов.A method for modifying chitosan, which consists in the synthesis of a copolymer containing oxirane fragments in the presence of azobisisobutyronitrile and grafting of the copolymer to chitosan, characterized in that the grafting of the copolymer is carried out by keeping chitosan in the form of chitosan films or a spongy material previously obtained in acetic acid solutions at 20 ° C 30 minutes in a 1.5-7.5 wt.% Solution of a previously obtained copolymer of glycidyl methacrylate and selected from the series of hexyl methacrylate, n-decyl methacrylate, lauryl methacrylate, tetradecyl methacrylate, stearyl methacrylate derivative of methacrylate in methyl ethyl ketone, taken in a molar ratio of 4: 1 monomer subsequent thermostating of the modified chitosan at 140 ° C for 1 hour and washing from the unreacted copolymer by extraction in a Soxhlet apparatus using methyl ethyl ketone as an extractant for 4 hours.
RU2021108580A 2021-03-30 2021-03-30 Chitosan modification method RU2757499C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108580A RU2757499C1 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Chitosan modification method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108580A RU2757499C1 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Chitosan modification method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757499C1 true RU2757499C1 (en) 2021-10-18

Family

ID=78286696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021108580A RU2757499C1 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Chitosan modification method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757499C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116410618A (en) * 2023-06-12 2023-07-11 山东工业职业学院 Synthesis method and application of functionalized modified nano silicon dioxide

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU802290A1 (en) * 1978-07-14 1981-02-07 Ордена Ленина Институт Элементо-Органических Соединений Ah Cccp Method of preparing carboxyl-containing chitosan derivatives
US6517933B1 (en) * 2000-01-18 2003-02-11 Nano-Tex, Llc Hybrid polymer materials
RU2292354C1 (en) * 2005-09-09 2007-01-27 Институт синтетических полимерных материалов (ИСПМ) им. Н.С. Ениколопова РАН Method for preparing grafted copolymers of chitin and chitosan with synthetic polymers
RU2575784C1 (en) * 2014-10-16 2016-02-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" Method of producing chitosan iodo-derivatives

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU802290A1 (en) * 1978-07-14 1981-02-07 Ордена Ленина Институт Элементо-Органических Соединений Ah Cccp Method of preparing carboxyl-containing chitosan derivatives
US6517933B1 (en) * 2000-01-18 2003-02-11 Nano-Tex, Llc Hybrid polymer materials
RU2292354C1 (en) * 2005-09-09 2007-01-27 Институт синтетических полимерных материалов (ИСПМ) им. Н.С. Ениколопова РАН Method for preparing grafted copolymers of chitin and chitosan with synthetic polymers
RU2575784C1 (en) * 2014-10-16 2016-02-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" Method of producing chitosan iodo-derivatives

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BRYUZGINA E. B. et al. "Influence of the type of modification of chitosan with carbonyl-containing compounds on the properties of formed film materials", "Izvestia VolGTU", N5 (240), 2020. - pp. 80-86 *
БРЮЗГИНА Е.Б. и др. "Влияние типа модификации хитозана карбонилсодержащими соединениями на свойства сформованных пленочных материалов", "ИзвестияВолГТУ", N5 (240), 2020. - С.80-86. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116410618A (en) * 2023-06-12 2023-07-11 山东工业职业学院 Synthesis method and application of functionalized modified nano silicon dioxide
CN116410618B (en) * 2023-06-12 2023-08-18 山东工业职业学院 Synthesis method and application of functionalized modified nano silicon dioxide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4085168A (en) Chemically joined, phase separated self-cured hydrophilic thermoplastic graft copolymers and their preparation
Hwang et al. Poly (ethylene glycol) cryogels as potential cell scaffolds: effect of polymerization conditions on cryogel microstructure and properties
US4279795A (en) Hydrophilic-hydrophobic graft copolymers for self-reinforcing hydrogels
US3928255A (en) Chemically joined, phase separated self-cured hydrophilic thermoplastic graft copolymers and their preparation
Zhang et al. Biocompatible and degradable poly (2-hydroxyethyl methacrylate) based polymers for biomedical applications
Ke et al. Controlled synthesis of linear and comb-like glycopolymers for preparation of honeycomb-patterned films
CN108409988B (en) Preparation method of spongy macroporous polyvinyl alcohol hydrogel
RU2757499C1 (en) Chitosan modification method
Lin et al. Hemocompatibility and cytocompatibility of styrenesulfonate-grafted PDMS–polyurethane–HEMA hydrogel
CN108159477B (en) Preparation method and application of anticoagulant and anti-adhesion poly (heptafluoro butyl acrylate) -polycaprolactone block polymer nanofiber membrane
RU2757501C1 (en) Chitosan modification method
Wang et al. Study on novel hydrogels based on thermosensitive PNIPAAm with pH sensitive PDMAEMA grafts
RU2757500C1 (en) Method for chitosan modification
US8546488B2 (en) Cleavable block copolymers, functionalized nanoporous thin films and related methods of preparation
RU2755719C1 (en) Chitosan modification method
Huh et al. Enhanced swelling rate of poly (ethylene glycol)-grafted superporous hydrogels
Pourjavadi et al. Synthesis and investigation of swelling behavior of grafted alginate/alumina superabsorbent composite
JPS6039688B2 (en) Blood neophilic medical materials
JP2006515640A (en) Partially biodegradable temperature and pH sensitive hydrogel
Sun et al. A glucosyl triblock copolymer: synthesis and its injectable thermo-and pH-responsive behaviours
US9023962B2 (en) Synthesis of high molecular weight poly(2,3,3,3-tetrafluoropropene)
JPH115817A (en) Polymerizable polymer and its polymer
Gürel et al. Preparation, Characterization and Investigation of Swelling Behavior of HEMA-Based Amphiphilic Semi-IPN Cryogels Containing Polymeric Linoleic Acid
Toncheva et al. Modified poly (vinyl acetals)
KR20110111604A (en) A preparation method of biodegradable superporous hydrogels