壳聚糖微球的制备研究

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1、实施。 在由靛红经靛红232肟最终热解制备邻 氨基苯甲腈的两步反应中不难看出, 两步反 应的前后变化主要是溶剂的有无和反应温度 的差异, 从理论上说, 该制备可以用一锅法加 以实施。 显而易见, 第一步缩合时的溶剂水是不 利于第二步热分解反应的进行的, 为此中间 产物靛红232肟的除水和干燥就显得尤为重 要。 至于稍过量的盐酸羟胺将随溶剂的除去 而充分除去, 微量残留并不影响靛红232肟的 热分解反应的进行。 靛红与盐酸羟胺缩合时采用的溶剂为 水, 缩合完成后易于除去, 留下的固体可在温 热和真空条件下充分干燥。靛红232肟不经处 理, 直接用于下步反应, 研究表明, 这样的做 法是可行的。

2、为了实施前述两个目的, 本文选用同时 添加催化剂和高沸点有机溶剂的方法, 达到 了相当理想的结果。 本文选用甲醇钠为催化 剂, 添加甲醇钠后可使热分解温度由原来的 224C 降低到 165 180C。 在选用高沸点有 机溶剂时研究发现: 卤代苯、 硝基甲苯、 煤油、 聚乙烯醇等均存在不足, 且可行的产物收率 很低, 实用价值不高。 本文选用水溶性好, 易于除去且对人体危害不大的环丁砜作为热分解溶剂, 充分满足了设计要求。 催化剂的添加 量为靛红的 0. 005 0. 05 倍, 溶剂为 0. 055 倍。考虑到成本及后处理的难易, 最终选定 为靛红甲醇钠环丁砜为 1 0. 01 0. 5( 摩

3、尔比) , 由此制得的邻氨基苯甲腈的收率 可维持在 80% 以上。 热解温度达到靛红232肟 的起始分解温度 ( 165C ) 时必须暂时撤去热 源, 避免反应过分剧烈, 不易控制。 热分解完 成后可以用减压蒸镏, 收集成品, 但产物易于 在镏出通路凝固, 造成堵塞, 故本文选用化学处理。 热分解完成后的混合液经水和丙酮处 理, 可使催化剂, 溶剂和热分解残渣充分除 去, 最终得到相对较纯的产品。参考文献1L itv ish ko v Y M , e t a l . Ge r O ffen , 1979: 2 810856L itv ish k ev Y M . U SSR 1980: 787

4、 406A ro ra, P K, Say re L M. T e t rah ed ro n L e t t,1991; 32 (8): 1007B ak k e J M , H e ikm ann H K Ge r O ffen 1971: 2125 132B ak k e J M. Ge r O ffen 1972: 2095684B edfo rd G R , P a r t r idge M W . J C h em So c,1959: 1633 修稿日期: 1998. 9. 2823455壳聚糖微球的制备研究3丁明施建军皇甫立霞高建锋 ( 合肥联合大学化工系 合肥 230022)

5、摘要利用液体石蜡作有机分散介质, 甲醛、 戊二醛作交联剂, 通过反相悬液交联 法制备了微米级窄分布壳聚糖微球, 对合成最佳条件进行了实验选择, 并对产物的形 态、 红外光谱特性及吸附行为进行了初步表征。关键词壳聚糖高分子微球合成3 安徽省教委科研基金项目 (编号: 96JL 0154)高分子微球作为性能优异的功能高分子 材料在医学免疫、 生物工程、 化学工业、 分析 化学及微电子等领域有着极其广阔的应用前 景1 23 。 壳聚糖是一种天然多糖衍生物, 具有 优良的生物亲和性, 其分子链上丰富的羟基 和氨基使其易于进行化学修饰而赋于多种功 能, 已在医药、 农业、 轻纺、 日化等领域得到广 泛应

6、用4 。 将壳聚糖制备成单分散的窄分布 高分子微球, 使壳聚糖和高分子微球的功能 性相复合, 可使其在生物医学等领域得到更 大的应用5 27 。 目前对壳聚糖微球的制备及性 能研究不多, 易琼等人制备了壳聚糖吸附剂, 但成球及单分散性不佳5 。 张所信制备了毫 米级实心及中空壳聚糖球粒并用于 2淀粉 酶的固定化6 。 钱国强等用悬浮聚合法合成 了微米级壳聚糖微球, 并用于L 2天门冬酰胺 酶的固定化研究7 。 李湛勇采用反相悬浮聚 合制备了壳聚糖微球并用于乙型肝炎表面抗 原的吸附8 , 但以上工作对壳聚糖微球的制 备工艺条件及微球的表面结构特性未做报 导。 本文利用反相悬浮交联法, 首次采用液

7、体 石蜡为分散介质, 甲醛和戊二醛共同作为交 联剂, 制得了成球性能优良, 并具有较强吸附 性能的壳聚糖单分散窄分布微米级球粒。1 实验部分1. 1 主要原料 壳聚糖 (浙江玉环化工厂) , 分子量 1. 38 106, 粘度法测定; 脱乙酰度 87% , 酸碱滴 定法测定。戊二醛 生化试剂; 甲醛 A R ; 乙酸 乙 酯 A R ; 十 二 烷 基 磺 酸 钠 A R ; Sp an 80A R ; 液体石蜡 C P; 煤油及 30# 透平油 工业 级; 聚乙烯醇 A R。1. 2 实验方法 取适量一定浓度的壳聚糖 3% 乙酸溶液 置于 500m l 三口烧瓶中, 然后分别加入油相 分散介

8、质、 致孔剂乙酸乙酯、 乳化剂及高分子表面改性剂, 在 50C 下充分搅拌使反应体系 呈乳液状, 并维持反应 20m in。 然后升温至60C , 加入适量甲醛溶液, 反应 0. 5h , 再加入 一定量的戊二醛, 并调体系 pH 为 9, 升温至80C 进一步反应 1h。 过滤, 用煤油充分洗涤, 再用无水乙醇于索氏提取器中抽提除去残留 有机物。 最后于 80C 烘箱中干燥, 将产物轻 研成均匀粉未。 1. 3性能测定用日本 H 280 型扫描电镜观察微球粒子大小和外观形貌。用美国N ico le t M agn a2IR 2750 型傅里叶变换红外光谱表征产物的表面 化学结构。 利用次甲基

9、兰溶液测定壳聚糖微 球的吸附性能。2结果与讨论2. 1实验条件对壳聚糖微球制备的影响2. 1. 1壳聚糖溶液浓度对微球制备的影响 固定液体石蜡与壳聚糖溶液的体积比为11, 甲醛用量 10m l, 戊二醛用量 5m l, 乙酸 乙酯 10m l, 其它实验条件不变, 改变壳聚糖 溶液的浓度为 1. 5% 、3. 0% 、5. 0% 进行实验, 结果见表 1。表 1 壳聚糖溶液浓度对微球制备的影响壳聚糖溶 液浓度(% )产物粒度( m )产物色泽及形态15 40102 103102 103淡黄, 不透明微球状褐黄色, 半透明球珠 深褐色, 透明球珠1. 53. 05. 0由表 1 可看到, 随着壳

10、聚糖溶液初始浓 度的增大, 产物颜色加深, 颗粒度增大, 但颗 粒均匀性和成球性提高, 这是由于浓度增大, 使水相粘度提高, 互相聚集不易分散所致。 同 时由于浓度增高使致孔剂等物质不易进入壳 聚糖球体, 使产物多孔性降低, 透明度增加, 相同量的交联剂集中于较小的产物表面积 上, 而使单位表面积的交联剂量增多导致产 物色泽变黄。 由此可见, 为获得微米级多孔性 微球, 需控制壳聚糖浓度在 1. 5% 左右, 而要 得到粒度均匀, 单分散性好的微球, 则需提高 壳聚糖溶液的浓度为 5% 。2. 1. 2 液体石蜡与水溶液两相分散介质体 积比对微球制备的影响固定壳聚糖溶液的初始浓度为 5% ,

11、甲 醛用量 10m l, 戊二醛用量 5m l, 乙酸乙酯用量 10m l, 其它实验条件不变, 改变液体石蜡和水溶液两相的体积比进行实验, 结果见表2。 表 2 液体石蜡与水溶液两相体积比对 微球制备的影响呈不规则颗粒, 且最终的洗涤也较困难。 甲苯 作分散介质, 产物也呈不规则的粗大颗粒。 用 液体石蜡作为反应有机分散介质最佳。2. 1. 4搅拌速度对微球成球性及粒度大小 的影响 保持反应体系诸条件皆不变 ( 壳聚糖初 始浓度 5% 、 甲醛用量 10 m l, 戊二醛用量 5 m l, 乙酸乙酯用量 10 m l, 液体石蜡水溶液 体积比 11) , 改变反应体系的搅拌速度进 行实验,

12、结果见表 4。液体石蜡水 溶液(vv)产物粒度(mm )产物色泽及形态褐色, 大量非球体异状 产物, 产物透明10. 50. 5221111. 50. 5210. 621深黄色均匀透明球体深黄色均匀半透明球体表 4搅拌速度对微球成球性的影响深黄色均匀 半 透 明 球 体, 偏细产物增多120. 121搅拌速度粘度( m )成球特性低速中速 高速10221035021001220均匀球粒均匀微球 均匀微球由实验结果看, 随着液体石蜡和水溶液 体积比的减小, 产物的粒度分布明显变窄, 颗 粒度越均匀, 但当体积比小于 11. 5 时, 虽然产物粒度偏细成分增加, 但均匀度略有所 下降, 可见最佳的

13、两相体积比为 11. 5。2. 1. 3反应介质对产物成球性的影响 有机相分散介质对反相悬浮聚合物的产物微粒成球性以及颗粒分布均匀性等影响很 大。 在相同的实验条件下 ( 壳聚糖初始浓度5% , 甲醛用量 10 m l, 戊二醛用量 5 m l, 乙酸 乙酯用量 10 m l, 有机相与水相体积比为 11) , 改变有机相类型进行实验, 结果见表 3。 表 3 有机分散介质类型对微球制备的影响实验结果表明, 提高搅拌速度能明显增 加分散均匀性, 降低产物的粒度大小且保持 产物呈均匀微球形态。 为了制备微米级窄分布壳聚糖微球应保持高速搅拌状态。2. 1. 5乳化剂用量对壳聚糖成球性的影响 在反应

14、体系中加入乳化剂, 可以有效地使形成的微乳滴在未固化交联之前保持较好 的球体形态, 乳滴间不发生相互粘着而破乳 和长大。 保持反应诸条件不变 (壳聚糖初始浓 度 5% , 甲醛用量 10 m l, 戊二醛用量 5 m l, 乙 酸乙酯用量 10 m l, 液体石蜡和水溶液体积比 11) , 改变乳化剂 Sp an 80 用量, 考察最 终产物的成球特性, 结果见表 5。有机分散 介质产物成 球性产物粒度(mm )产物色泽及 形态乙醇煤油30# 透平油 液体石蜡粘结成大整块差 差 优良不成球黄色、 不成球深褐色颗粒 深褐色颗粒 深黄均匀球粒表 5Span 80 用量对壳聚糖成球特性的影响0. 1

15、230. 1250. 121Sp an 80 用量产物粒度( m )产物成球特性2 滴4 滴6 滴8 滴5021002028012201220成球性差, 相互粘着严重成球性较好, 粘着现象较少 成球性好, 无粘着现象 成球性好, 无粘着现象深褐色不规 则颗粒甲苯呈不规则颗粒0. 523由实验结果看, 有机分散介质对产物成 球性的影响较为显著。 对于乙醇溶液由于其 与水相互溶, 并可增加壳聚糖体系的粘度, 产物表面粘结增强, 最终使产物呈一整块而不 成球。 而煤油、 透平油皆使产物成球性变差,实验结果表明, Sp an 80 乳化剂用量的 增加, 有助于产物成球的均匀性, 降低产物粘 度, 减少

16、产物微球的相互粘着现象。另外, 还对十二烷基磺酸钠以及聚乙烯醇代替 Sp an 80 进行实验, 结果没有 Sp an 80 效果好。2. 1. 6交联剂对壳聚糖成球特性的影响 为 了得到具有一定刚性的壳聚糖微球,在反应的后期加入交联剂甲醛和戊二醛, 进 行羟醛缩合反应。 保持反应体系诸条件不变, 改变甲醛及戊二醛用量, 对壳聚糖成球特性 进行实验, 结果列于表 6。表 6 固化交联剂用量对壳聚糖成球特性的影响甲醛用量 戊二醛用产物粒度( m )产物成球特性(m l)量(m l)202802028020280502100浅黄, 成球性均匀浅黄, 成球性一般 浅黄, 成球均匀褐色, 成球性一般, 有粘着100101010258图 1壳