CN104358123B - 一种丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维制备方法，将碱化壳聚糖纤维分散在醇中，加入丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，水浴反应；和醇、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵形成的混合液体分离，得到丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维；分散在有机溶剂的水溶液中，滴加的醋酸水溶液，调节pH，振荡，分离；洗涤，离心脱水后，真空干燥，得到丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维，有益技术效果是：1)增加壳聚糖纤维的聚阳离子特性，提高壳聚糖纤维抗菌性；2)反应后的纤维同时具备高抗菌性与高吸液性的特点，而且吸液后能保持纤维的基本形态及完整性；3)本发明的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维制备方法简单，成本低，易工业化生产。

Description

一种丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种壳聚糖纤维的制备方法，特别是一种丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维制备方法，属于纤维材料的制备领域。

背景技术

慢性难愈合创面如溃疡、褥疮等发生率，近些年来随着人口老龄化的日益严重而逐年提高。对于典型的慢性难愈合创面而言，一般具有3个特征：创面易感染；创面有中至大量渗出液渗出；创面疼痛。临床上虽然有不同类型的敷料应用于慢性创面的治疗或护理，但是均不尽如人意，不同程度地存在一些缺陷，如抗感染性能弱、药物过敏、吸收渗液能力差、湿态强度较差等。壳聚糖，作为世界上第二大产量的天然高分子，由于其良好的生物相容性、生物降解性、抑菌性，特别具有区别于其它高分子的止血、镇痛、促进伤口愈合、抑制瘢痕的显著特点，特别适合作为此类创面的护理或治疗材料。

将壳聚糖溶解于有机酸或无机酸或离子液体中，经喷丝、凝固等制得壳聚糖纤维，用于制备慢性创面等伤口敷料。中国专利公开号为CN103668560A，公开日为2014年3月26日，发明名称为“一种虾壳制备壳聚糖纤维的工艺方法”、中国专利公开号为CN102199810A，公开日为2011年9月28日，发明名称为“一种壳聚糖纤维的制备方法”、中国专利公开号为CN101550610A，公开日为2009年10月7日，发明名称为“一种壳聚糖纤维的制备方法”，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”等相继公开了壳聚糖纤维的制造方法。然而，这些方法制备得到的壳聚糖纤维在慢性创面临床应用中依然存在着抗菌性弱、吸液性差等缺陷，效果不甚理想，大大限制其应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种工艺简单，成本低，适合工业化生产的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的制备方法。

为了实现上述目的，其技术方案如下，一种丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

a)将壳聚糖纤维分散在试剂中，室温下搅拌，将壳聚糖纤维和试剂分离，真空干燥，得到碱化壳聚糖纤维；

b)将经步骤a)得到的碱化壳聚糖纤维分散在醇中，再按碱化壳聚糖纤维的氨基的摩尔比为1：1～20加入丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，室温下搅拌均匀，恒温水浴反应；

c)将经步骤b)反应后的碱化壳聚糖纤维和醇、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵形成的混合液体分离，得到丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维；

d)将经步骤c)得到的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维分散在有机溶剂的水溶液中，滴加的醋酸水溶液，调节有机溶剂水溶液pH，振荡，再将丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维与有机溶剂水溶液、醋酸水溶液混合液分离；

e)对经步骤d)分离出的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维洗涤，离心脱水后，真空干燥，得到取代度为20-70％的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维。

按上述方案，所述试剂为吡啶基试剂，所述吡啶基试剂为吡啶或甲基吡啶中的一种。

按上述方案，壳聚糖纤维与吡啶基试剂按质量体积比为1：25(g：mL)进行分散，搅拌时间1～12h。

按上述方案，步骤b)所述醇为甲醇或乙醇或丙醇或丁醇或异丙醇中的一种，碱化壳聚糖纤维与醇质量体积比为1：50。

按上述方案，步骤b)的水浴温度为60～90℃，反应时间24～96h。

按上述方案，步骤d)所述有机溶剂为甲醇或乙醇或丙酮中的一种，所述有机溶剂与水的体积比为1：4。

按上述方案，步骤d)所述pH调节至6～8之间。

由于采用以上技术方案，本发明的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的制备方法，其有益技术效果是：

1)本发明的制备方法采用在壳聚糖纤维分子链上，通过壳聚糖分子链上氨基与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵分子上碳碳双键的迈克尔加成反应，引入季铵盐基团，从而增加壳聚糖纤维的聚阳离子特性，提高壳聚糖纤维抗菌性；

2)通过控制壳聚糖纤维的氨基与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的摩尔比以及反应条件，来实现丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的取代度在20-70％范围内，从而使得反应后的纤维同时具备高抗菌性与高吸液性的特点，而且吸液后能保持纤维的基本形态及完整性；取代度小于20％时，丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的抗菌性及吸液性均相对较低，而取代度大于80％时，羟丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维在接触渗出液后中不能保持纤维原来的形态而溶解掉，失去了结构稳定性；

3)本发明的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维制备方法简单，成本低，易工业化生产。利用本发明制备方法制备的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维具有一般传统纤维的性能，可以通过针刺无纺工艺制成单一无纺布或混纺无纺布，经灭菌后形成敷料，用于慢性难愈合创面如烧烫伤、褥疮等，起到杀灭创面细菌、吸收创面渗出液，促进创面愈合的作用，且质量稳定、成本低，使用方便。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维制备方法作进一步详细描述。

丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的制备方法，制备方法按以下步骤进行：

a.将壳聚糖纤维按质量体积比为1：25分散在吡啶基试剂中，室温下搅拌1～12h，将壳聚糖纤维和吡啶基试剂分离，真空干燥，得到碱化壳聚糖纤维；所述吡啶基试剂为吡啶或甲基吡啶中的一种。

壳聚糖纤维是由壳聚糖粉末溶解于稀酸后经喷丝、凝固、牵引拉伸、热定型等工艺制备而成的具有一定结晶度的壳聚糖纤维。该壳聚糖纤维结晶度的形成，主要是由排列规整的壳聚糖分子链通过分子链间或分子链内氢键所形成的。因此，如果不破坏壳聚糖分子链间的氢键，打开壳聚糖分子链之间的空间，反应试剂分子将很难进入到壳聚糖分子链相应位置，与官能团反应。所以，反应之前必须破坏壳聚糖分子链间或分子链内氢键。本发明专利中，就是用弱碱性的吡啶基试剂处理壳聚糖纤维，以此破坏壳聚糖分子链间或分子链内氢键，使其晶区含量降低，非晶区即无定型区含量增加，以此增加后续反应的反应程度。

b.将经步骤a得到的碱化壳聚糖纤维，按质量体积比为1：50分散在醇中，再按碱化壳聚糖纤维的氨基的摩尔比为1：1～20加入丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，室温下搅拌均匀，在60～90℃条件下恒温水浴中反应24～96h；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，壳聚糖在酸性条件下，壳聚糖分子链上氨基能质子化形成聚阳离子，具有一定的抑菌效果，本发明是通过壳聚糖纤维分子链上氨基与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵分子上碳碳双键的迈克尔加成反应，在壳聚糖分子链上引入季铵盐基团，增加了壳聚糖分子的聚阳离子特性，从而进一步提高了壳聚糖纤维的抗菌性。

步骤b)中，通过控制壳聚糖纤维的氨基与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵摩尔比以及反应条件，来满足得到的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的取代度为20-70％范围内。因此，选择合适的摩尔比为：1：1～20，反应温度60～90℃，反应时间24～96h。

c.将经步骤b反应后的碱化壳聚糖纤维和醇、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵形成的混合液体分离，得到丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维；

d.将经步骤c得到的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维分散在有机溶剂水溶液中，有机溶剂与水的体积比为1：4，滴加浓度为15％(V/V)的醋酸水溶液，调节有机溶剂水溶液pH至6～8之间，振荡30min，再将丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维与有机溶剂水溶液、醋酸水溶液混合液分离；所述有机溶剂为甲醇或乙醇或丙酮中的一种。

由于经步骤c所得到的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维呈弱碱性。将含有丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的有机溶剂水溶液pH值调节至6～8之间，得到的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维呈中性。

e.再用浓度为80％(V/V)有机溶剂水溶液对经步骤d分离出的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维洗涤3次，以除掉纤维上含有的未反应物丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵等小分子杂质。离心脱水后，在40℃条件下真空干燥，得到取代度为20-70％的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维。得到的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖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，形成纤维凝胶。当其应用于创面时，容易从创面剥离，避免去除时对创面形成二次机械损伤，有效减轻病患痛苦。

实施例1

称取5g壳聚糖纤维分散在125mL吡啶中，室温下搅拌1h，将壳聚糖纤维取出，真空干燥。将干燥好的壳聚糖纤维，分散在250mL甲醇中，加入5.28g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，室温下搅拌均匀，在60℃条件下恒温水浴中反应24h，将反应后的壳聚糖纤维和反应混合液体分离，并将分离出的壳聚糖纤维分散在80％(V/V)甲醇水溶液中，滴加15％(V/V)醋酸水溶液，将甲醇、醋酸水溶液混合液pH调到7.2，振荡30min，再将浸泡后的壳聚糖纤维从混合液中分离出来，用80％(V/V)甲醇水溶液洗涤3次，离心脱水后，在40℃条件下真空干燥，得到取代度为20％的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维。

实施例2

称取5g壳聚糖纤维分散在125mL2-甲基吡啶中，室温下搅拌6h，将壳聚糖纤维取出，真空干燥。将干燥好的壳聚糖纤维，分散在250mL乙醇中，加入52.8g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，室温下搅拌均匀，在70℃条件下恒温水浴中反应48h，将反应后的壳聚糖纤维和反应混合液体分离，并将分离出的壳聚糖纤维分散在80％(V/V)乙醇水溶液中，滴加15％(V/V)醋酸水溶液，将乙醇、醋酸水溶液混合液pH调到6.0，振荡30min，再将浸泡后的壳聚糖纤维从混合液中分离出来，用80％(V/V)乙醇水溶液洗涤3次，离心脱水后，在40℃条件下真空干燥，得到取代度为46％的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维。

实施例3

称取5g壳聚糖纤维分散在125mL3-甲基吡啶中，室温下搅拌12h，将壳聚糖纤维取出，真空干燥。将干燥好的壳聚糖纤维，分散在250mL丙醇中，加入105.6g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，室温下搅拌均匀，在80℃条件下恒温水浴中反应72h，将反应后的壳聚糖纤维和反应混合液体分离，并将分离出的壳聚糖纤维分散在80％(V/V)丙酮水溶液中，滴加15％(V/V)醋酸水溶液，将丙酮、醋酸水溶液混合液pH调到7.5，振荡30min，再将浸泡后的壳聚糖纤维从混合液中分离出来，用80％(V/V)丙酮水溶液洗涤3次，离心脱水后，在40℃条件下真空干燥，得到取代度为52％的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维。

实施例4

称取5g壳聚糖纤维分散在125mL4-甲基吡啶中，室温下搅拌12h，将壳聚糖纤维取出，真空干燥。将干燥好的壳聚糖纤维，分散在250mL丁醇中，加入105.6g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，室温下搅拌均匀，在90℃条件下恒温水浴中反应72h，将反应后的壳聚糖纤维和反应混合液体分离，并将分离出的壳聚糖纤维分散在80％(V/V)丙酮水溶液中，滴加15％(V/V)醋酸水溶液，将丙酮、醋酸水溶液混合液pH调到8.0，振荡30min，再将浸泡后的壳聚糖纤维从混合液中分离出来，用80％(V/V)丙酮水溶液洗涤3次，离心脱水后，在40℃条件下真空干燥，得到取代度为64％的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维。

实施例5

称取5g壳聚糖纤维分散在125mL吡啶中，室温下搅拌12h，将壳聚糖纤维取出，真空干燥。将干燥好的壳聚糖纤维，分散在250mL异丙醇中，加入105.6g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，室温下搅拌均匀，在90℃条件下恒温水浴中反应96h，将反应后的壳聚糖纤维和反应混合液体分离，并将分离出的壳聚糖纤维分散在80％(V/V)甲醇水溶液中，滴加15％(V/V)醋酸水溶液，将甲醇、醋酸水溶液混合液pH调到7.4，振荡30min，再将浸泡后的壳聚糖纤维从混合液中分离出来，用80％(V/V)甲醇水溶液洗涤3次，离心脱水后，在40℃条件下真空干燥，得到取代度为70％的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维。

所制得的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维抗菌性能、吸液性能测试如下。

(1)抗菌性

测试菌种选用烧伤创面常见菌种金黄色葡萄球菌。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3.0×10⁶CFU/mL，以备抗菌测试。用0.1mol/L HCl溶解上述实施例制备得到的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维，然后用标准NaOH溶液中和过量盐酸，调节pH值至中性左右，配制出0.20％的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维稀释液。以相同pH值的NaOH-HCl水溶液做空白实验，同时用相同pH值的壳聚糖纤维的中性水溶液作对比实验。取1mL菌悬液加入到上述待测样品溶液中，置于37℃恒温摇床上150rpm培养1h，取0.1mL作10倍梯度稀释，最后取1mL该液作活菌计数，置入普通营养琼脂平板并涂匀，于37℃下培养24h，观察各试样上细菌生长情况，计算平均菌落数。其结果如表1。

表1数据显示了实施例1～5丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维、壳聚糖纤维对照组抗菌率实验结果。试验结果证明，实施例1～5丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的抗菌率随着取代度的增加而增大，均显著优于未改性的壳聚糖纤维样品。

(2)吸液性

将丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖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1000mL,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。取一定量的壳聚糖纤维无纺布、丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维无纺布放置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丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维、壳聚糖纤维对照组吸液性实验结果。试验结果证明，实施例1～5丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖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壳聚糖纤维样品。

以上试验表明，本发明的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖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丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的实验结果

Claims (6)

1.一种丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

a)将壳聚糖纤维分散在试剂中，室温下搅拌，将壳聚糖纤维和试剂分离，真空干燥，得到碱化壳聚糖纤维；

b)将经步骤a)得到的碱化壳聚糖纤维分散在醇中，所述醇为甲醇或乙醇或丙醇或丁醇或异丙醇中的一种，碱化壳聚糖纤维与醇质量体积比为1g：50mL；再按碱化壳聚糖纤维的氨基的摩尔比为1：1～20加入丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，室温下搅拌均匀，恒温水浴反应；

c)将经步骤b)反应后的碱化壳聚糖纤维和醇、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵形成的混合液体分离，得到丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维；

d)将经步骤c)得到的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维分散在有机溶剂的水溶液中，滴加的醋酸水溶液，调节有机溶剂水溶液pH，振荡，再将丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维与有机溶剂水溶液、醋酸水溶液混合液分离；

e)对经步骤d)分离出的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维洗涤，离心脱水后，真空干燥，得到取代度为20-70％的丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维。

2.根据权利要求1所述丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的制备方法，其特征在于：所述试剂为吡啶基试剂，所述吡啶基试剂为吡啶或甲基吡啶中的一种。

3.根据权利要求2所述丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的制备方法，其特征在于：壳聚糖纤维与吡啶基试剂按质量体积比为1g：25mL进行分散，搅拌时间1～12h。

4.根据权利要求1所述丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的制备方法，其特征在于：步骤b)的水浴温度为60～90℃，反应时间24～96h。

5.根据权利要求1所述丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的制备方法，其特征在于：步骤d)所述有机溶剂为甲醇或乙醇或丙酮中的一种，所述有机溶剂与水的体积比为1：4。

6.根据权利要求1所述丙酰氧基乙基三甲基氯化铵壳聚糖纤维的制备方法，其特征在于：步骤d)所述pH调节至6～8之间。