JP2005225935A - Chitosan dispersion liquid, preparation method therefor and manufacturing method for chitosan film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液中の酸成分の少ないキトサンの分散液、同製法及び膜中の酸成分濃度の低いキトサン膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a dispersion of chitosan having a low acid component in the liquid, a method for producing the same, and a method for producing a chitosan film having a low acid component concentration in the film.
キチンはエビ、カニをはじめとして、昆虫、貝、キノコにいたる多くの生物が産生する天然高分子である。地球上での年間生産量は1000億トンになると推測されており、豊富なバイオマス資源由来の天然素材として注目されている。キチンはN-アセチル-D-グルコサミンの重合体であり、セルロースに似た構造を有するムコ多糖体である。工業的にはキチンはエビ、カニなどの外殻中の炭酸カルシウムとの複合体を塩酸処理して単離することにより生産される。キチンをアルカリで加水分解するとアセチル基が除かれ、主としてD-グルコサミン単位からなるキトサンに変換される。化1に類似した構造を有するセルロース、キチンのものと共にキトサンの化学構造式を示す。 Chitin is a natural polymer produced by many organisms, including shrimps and crabs, insects, shellfish, and mushrooms. Annual production on the earth is estimated to be 100 billion tons, and is attracting attention as a natural material derived from abundant biomass resources. Chitin is a polymer of N-acetyl-D-glucosamine and is a mucopolysaccharide having a structure similar to cellulose. Industrially, chitin is produced by treating a complex with calcium carbonate in the outer shell of shrimp, crab, etc. by treating with hydrochloric acid. When chitin is hydrolyzed with an alkali, the acetyl group is removed and the chitin is converted into chitosan mainly composed of D-glucosamine units. Chemical formulas of chitosan are shown together with those of cellulose and chitin having a structure similar to Chemical Formula 1.
一般に脱アセチル化度には幅があり、脱アセチル化度が50%以下のものをキチンと呼び、脱アセチル化度が50%以上でかつ酸に溶解するものをキトサンと呼ぶ。キチンは分子中に強固な水素結合が形成されて結晶構造を有するため、蟻酸などの特殊な溶媒にしか溶解しない。キトサンは側鎖に存在するアミノ基が酸と容易に反応して塩を形成するため、弱酸を含む酸性水溶液に溶解する。またアミノ基に由来する種々の機能性を有しており、幅広い用途が考えられる。キチン又はキトサンの生体活性等を利用する繊維、紙、医療材料、健康食品補助剤等の応用製品の研究開発が行われている。 In general, the degree of deacetylation varies, and those having a degree of deacetylation of 50% or less are called chitin, and those having a degree of deacetylation of 50% or more and soluble in an acid are called chitosan. Chitin is soluble only in special solvents such as formic acid because it has a crystalline structure with strong hydrogen bonds formed in the molecule. Chitosan dissolves in an acidic aqueous solution containing a weak acid because an amino group present in the side chain easily reacts with an acid to form a salt. Moreover, it has various functionality derived from an amino group, and can be used in a wide range of applications. Research and development of applied products such as fibers, paper, medical materials, health food supplements, etc. that utilize the bioactivity of chitin or chitosan are underway.
キトサンは例えば化粧品素材、食品添加剤に用いられており、抗血栓性、止血効果を有することから、医療材料に、抗菌抗カビ作用と病原菌の感染防御効果から衣料、繊維資材、布帛、繊維資材に単独で又は他材料と複合して用いられる。又セルロースとの化学構造が近似するためセルロースに強い親和性を有するため、壁紙、更には木材接着剤用途に対する応用が検討されている。 Chitosan is used in cosmetic materials and food additives, for example, and has antithrombogenic and hemostatic effects. Therefore, it is used as a medical material for clothing, textile materials, fabrics and textile materials because of its antibacterial and antifungal action and the effect of protecting against pathogenic bacteria. Used alone or in combination with other materials. In addition, since it has a strong chemical affinity with cellulose because of its close chemical structure, it is being studied for applications in wallpaper and wood adhesive applications.
キトサンの皮膜を形成するには、キトサンを酸で溶解し流延法、塗布法、スプレイ法、浸漬法等にて被塗物上にキトサン酸溶液層を形成し、キトサン酸溶液層から水分等が蒸発することにより乾燥あるいは被塗物への吸水等にて水分が脱水することにより、キトサン膜を形成することが行われている(非特許文献1参照)。 To form a chitosan film, the chitosan is dissolved with an acid, and a chitosan acid solution layer is formed on the object by casting, coating, spraying, dipping, etc. A chitosan film is formed by evaporating water and dehydrating water by drying or absorbing water to the object to be coated (see Non-Patent Document 1).
キトサンを溶かす溶媒として、いろいろな無機酸及び有機酸が知られている。その中でキトサンの良溶媒として用いられているのは、酢酸、乳酸、プロピオン酸、コハク酸、アクリル酸などの有機酸である。とりわけ酢酸が最も一般的に使われている。例えば、キトサン粉末を1〜3重量%含むキトサン水懸濁液に対し、酢酸が1〜3重量%になるよう加えられ攪拌し溶解される。あるいは、酢酸の1〜3重量%水溶液にキトサン粉末を1〜3重量%加えて攪拌し溶解させられる。この時、水溶液の水素イオン濃度はpH2〜3となり、強い酸性を示す。しかし、これらの酸の存在によってキトサンの利用範囲が制限されるため、酸の害を生じない方法の開発が求められている。 Various inorganic acids and organic acids are known as solvents for dissolving chitosan. Among them, organic acids such as acetic acid, lactic acid, propionic acid, succinic acid and acrylic acid are used as good solvents for chitosan. In particular, acetic acid is most commonly used. For example, to a chitosan aqueous suspension containing 1 to 3% by weight of chitosan powder, acetic acid is added to 1 to 3% by weight and stirred to dissolve. Alternatively, 1 to 3% by weight of chitosan powder is added to an aqueous solution of 1 to 3% by weight of acetic acid and dissolved by stirring. At this time, the hydrogen ion concentration of the aqueous solution becomes pH 2 to 3, indicating strong acidity. However, since the range of use of chitosan is limited by the presence of these acids, development of a method that does not cause acid damage is required.
キトサンの酢酸溶液からキトサンを凝固させるには、酢酸を蒸発させるか、アルカリで中和させることが必要であり、前者は環境負荷につながり、後者はコスト増加を招く。キトサンのフィルムを作成するために炭酸ガスを用いて上の問題点を解決した報告(非特許文献2参照)があるが、一般的とはなっていない。 In order to coagulate chitosan from an acetic acid solution of chitosan, it is necessary to evaporate acetic acid or neutralize with alkali. The former leads to an environmental load, and the latter causes an increase in cost. There is a report (see Non-Patent Document 2) that solves the above problems by using carbon dioxide gas to produce a chitosan film, but it is not common.
このため上記キトサン酸溶液を用いて成膜したキトサン膜中には強い酸成分が多く含まれ、被塗物に酸溶液層を形成した場合及び造膜後のキトサン膜から吸湿等により経時的に漏出する酸成分が被塗物に対し悪影響を与える。したがって、人間の肌に触れる用途に適用した場合は肌荒れ等を生じるおそれがあり、又接着剤として用いた場合には鉄製の釘を錆びさせるおそれがある。この酸問題が、キトサンの優れた性質を実際に生かせる潜在的な用途に展開する上での大きな障害となっている。
本発明が解決しようとする課題は、キトサンの酸の害の少ない水系分散液、及び酸成分含有量の少ないキトサン膜を提供すること並びにそれらの製造方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an aqueous dispersion with little harm of acid of chitosan, and a chitosan film having a low acid component content, and a method for producing them.
本発明者は以上の課題に鑑み、鋭意研究を行った結果、キトサンの種々の効能を有効に生かせる、酸による害の少ない、キトサンの弱酸性水溶液を、キトサンを微分散させた微分散液とし、分散媒体である酸溶液中の酸を除去することにより解決することを見いだし発明を完成するに至った。 As a result of earnest research in view of the above problems, the present inventor has made a weakly acidic aqueous solution of chitosan that is capable of effectively utilizing the various effects of chitosan and that has a small dispersion of chitosan. The inventors have found that the problem can be solved by removing the acid in the acid solution, which is the dispersion medium, and have completed the invention.
請求項1記載の発明は、弱酸性水溶液中にキトサンが界面活性剤により分散されてなるキトサン分散液である。キトサンは水和しているためキトサン水和物が微粒子となってエマルションの形態で分散する。この媒体の水溶液層中の酸が希薄であるので、被塗物にエマルション層を形成した場合及び造膜後のキトサン膜から漏出する酸成分が著しく低下し被塗物に対する酸による悪影響を顕著に減じることができる。また各種用途に用いるためにエマルションに添加する成分についても幅広いものが使える利点がある。 The invention according to claim 1 is a chitosan dispersion in which chitosan is dispersed in a weakly acidic aqueous solution with a surfactant. Since chitosan is hydrated, chitosan hydrate becomes fine particles and is dispersed in the form of an emulsion. Since the acid in the aqueous solution layer of this medium is dilute, the acid component leaking from the chitosan film after film formation is significantly reduced when the emulsion layer is formed on the object to be coated, and the adverse effect of the acid on the object to be coated is remarkably reduced. Can be reduced. In addition, there is an advantage that a wide range of components can be used for components added to the emulsion for use in various applications.
請求項2記載の発明は、弱酸性水溶液がpH4〜7の酸性水溶液であることを特徴とする請求項1記載のキトサン分散液である。
pHが4〜7の酸性水溶液なので分散液エマルション液膜形成時及び/又は造膜後の酸成分の漏出による作用がマイルドであり、人体に対する作用が寛恕で障害のおそれが少ない。
The invention according to claim 2 is the chitosan dispersion according to claim 1, wherein the weakly acidic aqueous solution is an acidic aqueous solution having a pH of 4 to 7.
Since it is an acidic aqueous solution having a pH of 4 to 7, the action due to the leakage of the acid component at the time of forming the dispersion emulsion liquid film and / or after the film formation is mild, the action on the human body is gentle, and there is little risk of damage.
請求項3記載の発明は、キトサンを酸水溶液中に溶解させ、次に界面活性剤を作用させて酸水溶液媒体中にキトサンが界面活性剤により分散されてなる分散液とし、次に前記酸水溶液媒体から酸成分を除去することを特徴とする弱酸性水溶液中にキトサンが界面活性剤により分散されてなるキトサン分散液の製造方法である。
本発明によれば、通常の手法、装置でキトサンの酸水溶液を調製することができる。又界面活性剤を用いて分散させるので、酸水溶液中にキトサンが分散された安定したエマルションを調製することができる。次に分散媒体の酸水溶液から酸成分を除去するので酸の害の少ないキトサン分散液を製造することができる。
According to the third aspect of the present invention, chitosan is dissolved in an acid aqueous solution, and then a surfactant is allowed to act to obtain a dispersion in which chitosan is dispersed in the acid aqueous medium by the surfactant, and then the acid aqueous solution. A method for producing a chitosan dispersion in which chitosan is dispersed in a weakly acidic aqueous solution by a surfactant, wherein the acid component is removed from the medium.
According to the present invention, an acid aqueous solution of chitosan can be prepared by a normal method and apparatus. Moreover, since it is dispersed using a surfactant, a stable emulsion in which chitosan is dispersed in an aqueous acid solution can be prepared. Next, since the acid component is removed from the aqueous acid solution of the dispersion medium, a chitosan dispersion with less acid damage can be produced.
請求項4記載の発明は、酸水溶液媒体から酸成分を除去する手段がイオン交換樹脂を用いるものであることを特徴とする請求項3記載の弱酸性水溶液中にキトサンが界面活性剤により分散されてなるキトサン分散液の製造方法である。
本発明によれば、イオン交換樹脂を用いてキトサンの分散媒体である酸水溶液から、酸成分を簡単な装置、操作で除去することができる。またその際分散液が汚染されたり余計な不純物が混じることもなく、副成物が生じることもない。イオン交換樹脂はエマルションから取り出した後、吸着された酸を脱着させることにより繰り返し使用することができる。
The invention according to claim 4 is characterized in that the means for removing the acid component from the acid aqueous medium uses an ion exchange resin, and chitosan is dispersed in the weakly acidic aqueous solution by the surfactant. This is a method for producing a chitosan dispersion.
According to the present invention, an acid component can be removed from an acid aqueous solution, which is a dispersion medium of chitosan, using an ion exchange resin with a simple apparatus and operation. Further, at that time, the dispersion liquid is not contaminated and unnecessary impurities are not mixed, and a by-product is not generated. The ion exchange resin can be used repeatedly by removing the adsorbed acid after taking it out of the emulsion.
請求項5記載の発明は、キトサン膜の製造方法において、キトサンの酸溶液に界面活性剤を作用させて酸水溶液媒体中にキトサンが界面活性剤により分散されてなる分散液とし、次に前記キトサン分散液の酸水溶液媒体から酸成分を除去し、次に酸成分が除去された分散液からキトサンを造膜させることよりキトサン膜を形成することを特徴とするキトサン膜の製造方法である。
本発明によれば分散媒体である酸水溶液から酸成分が除去されるので、分散媒体である酸水溶液中の酸成分含量が低く、キトサン分散液を塗布等により被塗物上に分散液層を形成する際及びキトサン造膜後に酸成分による汚染、漏出が小さく酸による害が低減される。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for producing a chitosan film, a surfactant is allowed to act on an acid solution of chitosan to obtain a dispersion in which chitosan is dispersed in an acid aqueous medium by the surfactant, and then the chitosan film is formed. A method for producing a chitosan film is characterized in that a chitosan film is formed by removing an acid component from an acid aqueous medium of a dispersion and then forming a chitosan film from the dispersion from which the acid component has been removed.
According to the present invention, since the acid component is removed from the aqueous acid solution that is the dispersion medium, the content of the acid component in the aqueous acid solution that is the dispersion medium is low, and the dispersion layer is formed on the object by applying the chitosan dispersion liquid or the like. During formation and after chitosan film formation, contamination by acid components and leakage are small, and damage by acid is reduced.
請求項6記載の発明は、酸水溶液媒体から酸成分を除去する手段がイオン交換樹脂を用いるものであることを特徴とする請求項5記載のキトサン膜の製造方法である。
本発明によれば、イオン交換樹脂を用いて分散液の分散媒体である酸水溶液から、酸成分を除去するので工程が単純で装置も簡単にすることができ、またその際分散液が汚染されたり余計な不純物、副成物が生じることもない。イオン交換樹脂は分散液から取り出した後、吸着された酸を脱着させることにより繰り返し使用することができ経済的である。
The invention according to claim 6 is the method for producing a chitosan film according to claim 5, wherein the means for removing the acid component from the acid aqueous medium uses an ion exchange resin.
According to the present invention, since an acid component is removed from an acid aqueous solution that is a dispersion medium of a dispersion using an ion exchange resin, the process is simple and the apparatus can be simplified, and the dispersion is contaminated at that time. No extra impurities or by-products are generated. The ion exchange resin is economical because it can be used repeatedly by removing the adsorbed acid after taking it out of the dispersion.
以下本発明を詳細に説明する。
通常、キトサンはカニの甲殻等に含まれるαキチン、イカの軟甲等に含まれるβキチン等から得られるキチンを精製し、それらをキトサンに変換することにより製造される。キチンを40〜45重量%の水酸化ナトリウム溶液中で90〜120°Cで4〜9時間処理することによりアルカリキトサンハイドロゲルを得る方法が知られており、また、アルカリキトサンハイドロゲルをその後塩酸で中和してキトサンを得ることも知られている。
The present invention will be described in detail below.
Usually, chitosan is produced by purifying chitin obtained from α-chitin contained in crab shells, β-chitin contained in squid soft shells, etc., and converting them into chitosan. There is known a method for obtaining an alkali chitosan hydrogel by treating chitin in a 40 to 45 wt% sodium hydroxide solution at 90 to 120 ° C. for 4 to 9 hours. It is also known that chitosan can be obtained by neutralization.
キトサン酸水溶液はキトサンを酸の水溶液で溶解することにより得られる。また、キトサンを溶解する酸としては先述の如く、塩酸、酢酸、乳酸、プロピオン酸、コハク酸、アクリル酸等を用いることができるが、中でも酢酸が作用がマイルドであり、人体に対する作用が寛恕で障害のおそれが低いため、好ましい。 An aqueous chitosan acid solution is obtained by dissolving chitosan with an aqueous acid solution. As described above, hydrochloric acid, acetic acid, lactic acid, propionic acid, succinic acid, acrylic acid, etc. can be used as the acid that dissolves chitosan. Among them, acetic acid is mild in action, and its action on the human body is gentle. This is preferable because the risk of failure is low.
例えば、キトサンの酸水溶液を調製するにはキトサン粉末を1〜3重量%含むキトサン水懸濁液に対し、酢酸が1〜3重量%になるよう加えられ攪拌して溶解される。あるいは、酢酸の1〜3重量%水溶液にキトサン粉末を1〜3重量%加え攪拌して溶解する。キトサンは高分子であるため、キトサン分子に水分子が配位しているものと思われるが、完全に溶解することは難しく、一部ゲル状部分が残った状態となる。この時酸水溶液の水素イオン濃度はpH2〜3であり、強い酸性を示す。 For example, in order to prepare an acid aqueous solution of chitosan, acetic acid is added to 1 to 3% by weight to a chitosan aqueous suspension containing 1 to 3% by weight of chitosan powder and dissolved by stirring. Alternatively, 1 to 3% by weight of chitosan powder is added to 1 to 3% by weight aqueous solution of acetic acid and dissolved by stirring. Since chitosan is a polymer, it seems that water molecules are coordinated to the chitosan molecule, but it is difficult to completely dissolve it, and a part of the gel-like portion remains. At this time, the hydrogen ion concentration of the acid aqueous solution is pH 2 to 3, indicating strong acidity.
弱酸性水溶液とは、水溶液中の酸の濃度が、キトサンを溶解させるのに要する酸濃度よりもずっと低い濃度の酸性の水溶液をいう。換言すれば酸濃度が低くてかつ弱酸性の水溶液をいう。したがって界面活性剤を用いてエマルション化する操作がなければ、キトサンが析出する酸濃度の水溶液をいう。分散状態ができるだけ安定でかつ使用上できるだけ中性に近い低酸濃度のものが好ましい。pH4以上が好ましく、より好ましくはpH5以上、更に好ましくはpH6以上であり、上限はエマルションが安定する限界の値であり、好ましくは6〜7である。 A weakly acidic aqueous solution refers to an acidic aqueous solution whose concentration in the aqueous solution is much lower than the acid concentration required to dissolve chitosan. In other words, it refers to a weakly acidic aqueous solution having a low acid concentration. Therefore, if there is no operation to emulsify using a surfactant, it means an aqueous solution having an acid concentration in which chitosan is precipitated. Those having a low acid concentration that is as stable as possible in dispersion and as neutral as possible in use are preferred. The pH is preferably 4 or more, more preferably 5 or more, still more preferably 6 or more, and the upper limit is a limit value at which the emulsion is stable, preferably 6 to 7.
キトサン分散液とはキトサンが微小粒子となって液体媒体中に分散している状態をいう。エマルションとは液体媒体中に非相溶又は貧相溶な液体が微小セルを形成して分散されている状態をいう。サスペンションとは固体が微粒子状態で液体媒体中に分散している状態をいう。キトサンの酸溶液にしその後分散させたものはエマルションに近い状態の分散液となる。分散液は、状態が安定していることが好ましく、分散媒体と被分散体に各々に親和性を有する部分を有する分子を界面活性剤として用いることにより、安定したエマルションを形成させることができる。本発明におけるエマルションの被分散体はキトサンであるがより厳密にはキトサン分子の周りに水分子が配位したキトサン-水コンプレックスであると思われる。 The chitosan dispersion refers to a state in which chitosan is dispersed as fine particles in a liquid medium. An emulsion refers to a state in which incompatible or poorly compatible liquid is dispersed in a liquid medium by forming microcells. The suspension refers to a state in which a solid is dispersed in a liquid medium in a fine particle state. What was made into the acid solution of chitosan and disperse | distributed after that turns into a dispersion liquid of the state close | similar to an emulsion. The dispersion is preferably in a stable state, and a stable emulsion can be formed by using, as a surfactant, a molecule having a portion having an affinity for the dispersion medium and the dispersion. The dispersion of the emulsion in the present invention is chitosan, but more strictly, it seems to be a chitosan-water complex in which water molecules are coordinated around chitosan molecules.
本発明における界面活性剤は通常用いられるものを用いることができるが、ノニオン系界面活性剤又はカチオン系界面活性剤が好ましく、特にノニオン系界面活性剤が好ましい。
例えばキトサンの酢酸水溶液を界面活性剤で分散させた場合、イオンを保持したままキトサンとの相互作用を生ずる。この状態から酢酸をイオン交換樹脂で除去するとキトサンのイオン化が減少するとともに、ノニオン界面活性剤とキトサンが疎水結合相互作用生じ、小さな分散粒子として水中に分散させることになる。キトサンのイオン化で生じたアンモニウム側鎖の一部はそのまま残り、カチオン性の分散粒子としてキトサンは分散されると
思われる。界面活性剤のHLB(Hydrophile-Lipophile Balance)値は6.4よりも大きいことが好ましく12.6以上がより好ましい。
As the surfactant in the present invention, those usually used can be used, but nonionic surfactants or cationic surfactants are preferable, and nonionic surfactants are particularly preferable.
For example, when an aqueous acetic acid solution of chitosan is dispersed with a surfactant, it interacts with chitosan while retaining ions. When acetic acid is removed with an ion exchange resin from this state, the ionization of chitosan is reduced, and a nonionic surfactant and chitosan are caused to undergo a hydrophobic bond interaction and dispersed in water as small dispersed particles. It seems that a part of the ammonium side chain generated by the ionization of chitosan remains as it is, and chitosan is dispersed as cationic dispersed particles. The HLB (Hydrophile-Lipophile Balance) value of the surfactant is preferably larger than 6.4, more preferably 12.6 or more.
又、界面活性剤は一般に用途により使い分けられているが、本発明においても安全等の観点から当該用途のものを好ましく用いることができる。例えば人の肌に触れる用途である化粧品用途、入浴剤用途にはモノステアリン酸グリセロール、オレイン酸ポリエチレングリコール等が好ましく用いられる。食品用途にはソルビトールモノステアレートが好ましく用いられる。界面活性剤は通常の用量にて用いられるが、0.2から1.0重量%が好ましく、界面活性剤とキトサン間には特定の相互作用が働いており、界面活性剤が0.2重量%と0.5重量%の濃度の間でキトサンの微粒子分散が促進されると考えられため、界面活性剤が0.2重量%から0.5重量%の濃度がより好ましい。 Further, the surfactant is generally properly used depending on the application, but the one for the application can be preferably used in the present invention from the viewpoint of safety and the like. For example, glycerol monostearate, polyethylene glycol oleate and the like are preferably used for cosmetics and bathing agents that are in contact with human skin. For food use, sorbitol monostearate is preferably used. The surfactant is used at a normal dose, but is preferably 0.2 to 1.0% by weight, a specific interaction works between the surfactant and chitosan, and the surfactant is 0.2% by weight. It is considered that the fine particle dispersion of chitosan is promoted between the concentration of 0.5% by weight and 0.5% by weight, so that the concentration of the surfactant is more preferably 0.2% by weight to 0.5% by weight.
キトサンの酸水溶液からエマルションを調製するにはキトサンの酸水溶液に界面活性剤又は界面活性剤の水溶液等を添加しホモジナイザ等を用いて攪拌等することにより得られる。 An emulsion is prepared from an aqueous chitosan acid solution by adding a surfactant or an aqueous surfactant solution to the aqueous chitosan acid solution and stirring the mixture with a homogenizer or the like.
キトサンの酸水溶液を媒体とする分散液の媒体である酸水溶液から酸成分を除去するには、エマルションを破壊しない範囲でイオン交換や膜分離等の各種手段を用いることができるが、中でもイオン交換樹脂によるイオン交換法を用いることが、操作が簡単かつ有効であるため好ましく、アニオン交換樹脂が好ましい。 Various means such as ion exchange and membrane separation can be used to remove the acid component from the aqueous acid solution, which is the medium of the dispersion using the aqueous acid solution of chitosan, as long as the emulsion is not destroyed. It is preferable to use an ion exchange method using a resin because the operation is simple and effective, and an anion exchange resin is preferred.
キトサンエマルションからキトサン膜を作製するには、通常の手段を用いることができる。例えばエマルションをキャスト、塗布、スプレイ、浸漬等によりエマルション層を被塗物等上に形成すると、エマルション層から水等の低沸点物が揮発することによりあるいは被塗物への水分の湿潤等によりエマルションから上記媒体が失われ、キトサン-水コンプレックスの微粒子同士が接することで造膜する。さらに膜中の水等の低沸点物が揮発することによりキトサン膜が形成されるものと思われる。 In order to produce a chitosan film from a chitosan emulsion, usual means can be used. For example, when an emulsion layer is formed on an object to be coated by casting, coating, spraying, immersing, etc., low boiling point substances such as water volatilize from the emulsion layer or moisture is wetted on the object to be coated. Thus, the medium is lost and the chitosan-water complex fine particles come into contact with each other to form a film. Furthermore, it is considered that a chitosan film is formed by volatilization of low boiling point substances such as water in the film.
弱酸性水溶液中にキトサンが界面活性剤により分散されてなるエマルションは、本来のキトサンの性質、造膜性及びその酸による被塗物への化学的腐食性、刺激性、酸臭が殆どないことにより、環境分野においては廃液凝集剤、重金属排除剤、汚水処理剤、貴金属吸着剤、放射物質吸着剤、農業分野においては土壌改良剤、殺虫剤、成長促進剤、工業分野では、木工塗料、木材接着剤、健康医療分野では、化粧品、入浴剤、繊維処理剤、機能性食品、健康補助食品、抗癌剤等に好適に用いることができる。 Emulsions in which chitosan is dispersed in a weakly acidic aqueous solution with a surfactant must have essentially no chitosan properties, film-forming properties, and chemical corrosiveness, irritation, and acid odor to the coating object. In the environmental field, waste liquid coagulants, heavy metal scavengers, sewage treatment agents, precious metal adsorbents, radioactive material adsorbents, in the agricultural field, soil conditioners, insecticides, growth promoters, in industrial fields, woodwork paints, wood In the adhesive and health care fields, it can be suitably used for cosmetics, bathing agents, fiber treatment agents, functional foods, health supplements, anticancer agents and the like.
弱酸性水溶液がpH4〜7の酸水溶液である上記エマルションの場合には、弱酸で、比較的揮発しやすく、エマルション自体の酸臭が弱く、キトサン膜中に残りにくくかつ残っても人体に害が少ないこと等により、上記用途の中でも健康医療分野の諸用途や金属の腐食を嫌う用途に好適である。特にエマルション媒体が酢酸水溶液のものが好ましい。 In the case of the above emulsion in which the weakly acidic aqueous solution is an acid aqueous solution having a pH of 4 to 7, it is a weak acid and is relatively easily volatilized. The acid smell of the emulsion itself is weak, and it is difficult to remain in the chitosan film, and even if left, it is harmful to the human body. Due to its small number, etc., it is suitable for various uses in the health and medical field and for applications that dislike metal corrosion. In particular, the emulsion medium is preferably an aqueous acetic acid solution.
上記エマルションから得られるキトサン膜は人工皮膚、縫合糸、薬剤用カプセル、人工透析膜、徐放性フィルム等に好適に用いることができる。
エマルションの媒体の酸性水溶液がpH4〜7の弱酸水溶液であるキトサンのエマルションは、特に酢酸水溶液キトサンでは一層、膜中に酸が残りにくく、残った状態でも酸臭も少なく、人体に害が少ないこと等により、上記キトサン膜の用途の中でも健康医療分野の諸用途により好ましく用いられる。
The chitosan film obtained from the emulsion can be suitably used for artificial skin, sutures, drug capsules, artificial dialysis membranes, sustained-release films and the like.
The chitosan emulsion, in which the acidic aqueous medium of the emulsion is a weak acid aqueous solution having a pH of 4 to 7, is more resistant to the acid remaining in the membrane, especially in the acetic acid aqueous solution chitosan, and has little acid odor even in the remaining state, causing little harm to the human body Among these uses, the chitosan film is preferably used for various uses in the health care field.
本発明に係るキトサン分散液は酸性水溶液中の酸成分が極度に少ないので、被塗物に分散液層を形成した場合及び造膜後のキトサン膜から漏出する酸成分が著しく低下し被塗物に対する酸による悪影響を顕著に減じることができる。また各種用途に用いるために分散液に添加する成分についても幅広いものが使える利点がある。 Since the chitosan dispersion according to the present invention has very little acid component in the acidic aqueous solution, the acid component leaked from the chitosan film after the film formation and when the dispersion layer is formed on the object to be coated significantly decreases. Can significantly reduce the adverse effects of acid on the water. In addition, there is an advantage that a wide range of components can be used as components added to the dispersion for use in various applications.
キトサン分散液の分散媒体がpHが4〜7の酸水溶液の分散液は被塗物上に分散液膜が形成された時及び/又は造膜後の酸成分の漏出による作用がマイルドであり、人体に対する作用が寛恕で障害のおそれが低い。このため本エマルションをベースとし必要な添加物を配合し化粧品、入浴剤、歯磨き等の用途にも用いることができる。 The dispersion of the aqueous acid solution having a pH of 4 to 7 as the dispersion medium of the chitosan dispersion is mild when the dispersion film is formed on the object to be coated and / or the action due to leakage of the acid component after film formation, The action on the human body is gentle and the risk of injury is low. For this reason, necessary additives can be blended based on this emulsion and used for cosmetics, bathing agents, toothpastes and the like.
本発明に係るキトサンエマルションの製造方法によれば、通常の手法、装置でキトサンの酸性水溶液を調製することができる。又界面活性剤により分散させるので、酸水溶液中にキトサンが分散された安定したエマルションを調製することができる。 According to the method for producing a chitosan emulsion according to the present invention, an acidic aqueous solution of chitosan can be prepared by a normal method and apparatus. Moreover, since it is dispersed by a surfactant, a stable emulsion in which chitosan is dispersed in an aqueous acid solution can be prepared.
本発明に係るイオン交換樹脂を用いてエマルションの分散媒体である酸水溶液から、酸成分を除去する方法によれば、分散媒体の酸水溶液から酸成分を簡単に除去することができる。またその際エマルションが汚染されたり余計な不純物が混じることもなく、副成物が生じることもない。イオン交換樹脂はエマルションから取り出した後、吸着された酸を脱着させることにより繰り返し使用することができるので経済効率もよい。 According to the method of removing an acid component from an acid aqueous solution that is a dispersion medium of an emulsion using the ion exchange resin according to the present invention, the acid component can be easily removed from the acid aqueous solution of the dispersion medium. Further, at that time, the emulsion is not contaminated or extra impurities are mixed, and no by-product is formed. Since the ion exchange resin can be repeatedly used by removing the adsorbed acid after taking it out of the emulsion, it is economically efficient.
本発明に係るキトサン膜の製造方法によればエマルションの分散媒体である酸水溶液から酸成分が除去されるので、エマルションの分散媒体である酸水溶液中の酸成分含量が低く、エマルションを塗布等により被塗物上にエマルション層を形成する際、及びキトサン造膜後に酸成分による汚染、漏出が小さく酸による害が大きく低減される。 According to the method for producing a chitosan film according to the present invention, the acid component is removed from the acid aqueous solution that is the dispersion medium of the emulsion, so that the content of the acid component in the acid aqueous solution that is the dispersion medium of the emulsion is low. When the emulsion layer is formed on the object to be coated and after the chitosan film formation, the contamination and leakage due to the acid component are small, and the damage due to the acid is greatly reduced.
本発明に係るキトサン膜の製造方法によれば、イオン交換樹脂を用いて分散液の分散媒体である酸水溶液から、酸成分を除去するので工程が単純で装置も簡単にすることができ、またその際エマルションが汚染されたり余計な不純物、副成物が生じることもない。したがって酸成分が低くキトサン純度の高いキトサン膜が形成される。 According to the method for producing a chitosan membrane according to the present invention, an acid component is removed from an acid aqueous solution that is a dispersion medium of a dispersion using an ion exchange resin, so that the process is simple and the apparatus can be simplified. At that time, the emulsion is not contaminated and no extra impurities or by-products are formed. Therefore, a chitosan film having a low acid component and high chitosan purity is formed.
以下、本発明の具体的な実施例を挙げることにより本発明をより詳細に説明する。なお本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by giving specific examples of the present invention. The present invention is not limited to the following examples.
〔材料〕)
(キトサン)
キトサンとして、エス・イーケミカル社製SK−10(カタログ分子量:8〜10万;脱アセチル化度:71%)とSK−50(カタログ分子量:40〜50万;脱アセチル化度:87%)の2種類を用いた。
(キトサンのキャラクタリゼ―ション)
表1に、上記キトサンサンプルのGPC及び1HNMR NMR測定結果から求めたキトサンの分子量と脱アセチル化度を示す。SK−10はカタログ分子量とほぼ同じであったが、SK−50はカタログ分子量値の約1/3の17万であった。また脱アセチル化度はSK−50の方が高いことが分かる。
〔material〕)
(Chitosan)
As chitosan, SK-10 (catalog molecular weight: 8-100,000; degree of deacetylation: 71%) and SK-50 (catalog molecular weight: 400,000-500,000; degree of deacetylation: 87%) Two types were used.
(Characterization of Chitosan)
Table 1 shows the molecular weight and degree of deacetylation of chitosan determined from the GPC and 1 HNMR NMR measurement results of the chitosan sample. SK-10 was almost the same as the catalog molecular weight, but SK-50 was 170,000, which was about 1/3 of the catalog molecular weight value. It can also be seen that the degree of deacetylation is higher with SK-50.
(界面活性剤)
界面活性剤として第一工業製薬社製の非イオン界面活性剤 (商品名はノイゲンT−143) を使用した。その構造はポリオキシエチレンラウリルエーテル[C12H25O(CH2CH2O)nH]で、Hydrophile-Lipophile Balance(以下「HLB」と略す。)値は12.6である。
(Surfactant)
A nonionic surfactant (trade name is Neugen T-143) manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. was used as the surfactant. Its structure is polyoxyethylene lauryl ether [C 12 H 25 O (CH 2 CH 2 O) nH], and its Hydrophile-Lipophile Balance (hereinafter abbreviated as “HLB”) value is 12.6.
(イオン交換樹脂)
イオン交換樹脂として三菱化学社製のアニオン交換樹脂(商品名ダイヤイオンPA408)を使用した。その分子構造式を化2に示す。イオン交換総容量は0.9meq/ml−R以上で、見かけ密度は725g/Lである。使用前に水酸化ナトリウム水溶液で処理して活性化させた。
(Ion exchange resin)
An anion exchange resin (trade name: Diaion PA408) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation was used as the ion exchange resin. Its molecular structural formula is shown in Chemical Formula 2. The total ion exchange capacity is 0.9 meq / ml-R or more, and the apparent density is 725 g / L. Prior to use, it was activated by treatment with aqueous sodium hydroxide.
(測定方法及び測定装置)
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)は島津製作所社製の送液ユニットLC−10AS及び示差屈折計検出器RID−10A、カラムオーブンCTO−10A及びC−R4AのBASICプログラムを組み合わせた装置により測定した。カラムには東ソー社製の水系のTSKgel G4000PWXLを使用した。溶媒には酢酸‐酢酸ナトリウム緩衝液(pH=4.7)、40℃、0.6mm/minで送液した。サンプルの分子量は
Pullulan(登録商標)を標準とする換算分子量として求めた。
(Measuring method and measuring device)
Gel permeation chromatography (GPC) was measured by an apparatus combining a BASIC program of a liquid feeding unit LC-10AS manufactured by Shimadzu Corporation, a differential refractometer detector RID-10A, a column oven CTO-10A and a C-R4A. A water-based TSKgel G4000PWXL manufactured by Tosoh Corporation was used for the column. As a solvent, acetic acid-sodium acetate buffer (pH = 4.7), 40 ° C., and 0.6 mm / min were used. The molecular weight of the sample is
The calculated molecular weight was determined using Pullulan (registered trademark) as a standard.
脱アセチル化度は、CF3COOD−D2O (50/50 in vol%)を溶媒として、500MHz 1H-NMR(Bruker ARX×500測定装置)のスペクトルから求めた。
動的光散乱(DLS)は大塚電子社製のスーパーダイナミック光散乱光度計DLC7000を用い、Arレーザ、25℃の条件にて測定した。
走査電子顕微鏡(SEM)の測定は、日立S−3000N測定装置で行った。
The degree of deacetylation was determined from the spectrum of 500 MHz 1 H-NMR (Bruker ARX × 500 measuring apparatus) using CF 3 COOD-D 2 O (50/50 in vol%) as a solvent.
Dynamic light scattering (DLS) was measured using a super dynamic light scattering photometer DLC7000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. under the conditions of Ar laser and 25 ° C.
Measurement with a scanning electron microscope (SEM) was performed with a Hitachi S-3000N measuring apparatus.
(界面活性剤によるキトサン分散液の調製及びイオン交換樹脂による脱酢酸) (Preparation of chitosan dispersion with surfactant and deacetication with ion exchange resin)
1.0gのキトサンSK−10を酢酸3.0gを含む水溶液に溶解してキトサン溶液50gを調製した。この溶液に2重量%の界面活性剤ノイゲンT−143の水溶液50gを滴下して混合し分散させた。この混合溶液中のキトサン、酢酸、界面活性剤濃度はそれぞれ全溶液の1.0重量%、3.0重量%、1.0重量%となる。この混合溶液にイオン交換樹脂ダイヤイオンPA408を加えて室温で2時間撹拌し、イオン交換を行った。この時イオン交換樹脂量を酢酸イオンと同量の交換イオン量である41g、及びその0.5倍量の20.5g、1.5倍量の61.5gとした。その後、混合物の吸引ろ過を行ってイオン交換樹脂を除去し、キトサン分散液を得た。 1.0 g of chitosan SK-10 was dissolved in an aqueous solution containing 3.0 g of acetic acid to prepare 50 g of a chitosan solution. To this solution, 50 g of an aqueous solution of 2% by weight of surfactant Neugen T-143 was added dropwise and mixed and dispersed. The concentrations of chitosan, acetic acid, and surfactant in the mixed solution are 1.0%, 3.0%, and 1.0% by weight of the total solution, respectively. Ion exchange resin Diaion PA408 was added to this mixed solution, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours for ion exchange. At this time, the amount of ion exchange resin was 41 g, which is the same amount of exchange ions as acetate ions, 20.5 g of 0.5 times the amount, and 61.5 g of 1.5 times the amount. Thereafter, the mixture was subjected to suction filtration to remove the ion exchange resin to obtain a chitosan dispersion.
界面活性剤を含むキトサンの酢酸水溶液に直接アルカリを加えて中和するとキトサンの塩析が生じて均一分散はできないが、酢酸をイオン交換してから除去することによりキトサンの沈殿を防ぎながらキトサン分散液を作製することができた。 If neutralization is performed by adding alkali directly to an aqueous acetic acid solution of chitosan containing a surfactant, chitosan salting out occurs and uniform dispersion is impossible. However, acetic acid is ion-exchanged and then removed to prevent chitosan precipitation. A liquid could be prepared.
(キトサン分散液からのキトサンの分離)
得られたキトサン分散液10.0gを、エタノール100ml中にゆっくり滴下しながら撹拌することにより分散液中のキトサンを沈殿させた。沈殿物をろ過後、エタノールで数回洗浄し、室温で6時間真空乾燥を行った。その重量よりキトサン分散液中のキトサン含量を求めた。
(Separation of chitosan from chitosan dispersion)
By stirring 10.0 g of the obtained chitosan dispersion in 100 ml of ethanol while slowly dropping, chitosan in the dispersion was precipitated. The precipitate was filtered, washed several times with ethanol, and vacuum dried at room temperature for 6 hours. The chitosan content in the chitosan dispersion was determined from the weight.
(キトサンフィルムの作製)
得られたキトサン分散液をシャーレにキャストし、室温で3日間乾燥してフィルムを得た。得られたフィルムを数時間エタノールに浸漬した後、さらにエタノールで数回洗浄した。その後室温で一晩風乾後減圧乾燥を行った。
(Production of chitosan film)
The obtained chitosan dispersion was cast into a petri dish and dried at room temperature for 3 days to obtain a film. The obtained film was immersed in ethanol for several hours and further washed several times with ethanol. Thereafter, it was air-dried overnight at room temperature and then dried under reduced pressure.
結果を表2に示す。 The results are shown in Table 2.
キトサンSK−10の代わりにSK−50を用いた他は実施例1と同様にしてキトサン分散液、キトサンフィルムを得た。
結果を表3に示す。
A chitosan dispersion and a chitosan film were obtained in the same manner as in Example 1 except that SK-50 was used instead of chitosan SK-10.
The results are shown in Table 3.
表2及び表3にイオン交換樹脂量を変えて得られたキトサン分散液の状態を比較する。イオン交換前のキトサン溶液のpHはおよそ3.5であるが、イオン交換とともに上昇していくことが分かる。しかしながら、イオン交換樹脂のイオン交換量が溶液中の酢酸量と当量になる点でもpHは4以下であり、更にイオン交換量を1.5倍に増やしてもpHは5以下であり、弱酸性を示した。イオン交換量が当量点以下では強い酢酸臭がしていたが、当量点以上では酢酸臭はほとんど消失しており、フリーの酢酸はほぼ除かれたと判断される。 Tables 2 and 3 compare the states of chitosan dispersions obtained by changing the amount of ion exchange resin. Although the pH of the chitosan solution before ion exchange is about 3.5, it can be seen that it rises with ion exchange. However, even when the ion exchange amount of the ion exchange resin is equivalent to the amount of acetic acid in the solution, the pH is 4 or less, and even when the ion exchange amount is increased by 1.5 times, the pH is 5 or less. showed that. The acetic acid odor was strong when the ion exchange amount was below the equivalence point, but the acetic acid odor almost disappeared above the equivalence point, and it was judged that free acetic acid was almost eliminated.
図1にキトサン分散液中のキトサン含量と樹脂量すなわちイオン交換容量との関係を示す。この結果から、SK−10、SK−50ともにイオン交換量が溶液中の酢酸量と1:1の時、酢酸水溶液中に溶解されたキトサンが定量的に分散液中に溶解されていることが分かる。イオン交換樹脂によるイオン交換量が酢酸量より小さい場合、もしくは多い場合には、脱アセチル化度の高いSK−50の溶解度が高くなった。 FIG. 1 shows the relationship between the chitosan content in the chitosan dispersion and the amount of resin, that is, the ion exchange capacity. From this result, when the ion exchange amount is 1: 1 with the amount of acetic acid in the solution for both SK-10 and SK-50, the chitosan dissolved in the acetic acid aqueous solution is quantitatively dissolved in the dispersion. I understand. When the ion exchange amount by the ion exchange resin was smaller or larger than the acetic acid amount, the solubility of SK-50 having a high degree of deacetylation was increased.
図2に代表的なキトサンの酢酸水溶液とそれをイオン交換して得られたキトサン分散液のDLS解析結果を示す。(a)キトサンSK−10の酢酸水溶液中ではキトサンは平均粒径約1340nmサイズの分散を示している。キトサンSK−50の酢酸水溶液中では粒径が測定範囲外のサイズであり、測定不可能であった。恐らく、粒径は3μm以上であると考えられる。この結果はキトサンが酢酸によってイオン化されて水和され、電荷反発が生ずるため分子が最大限に広がったことを示唆している。それに反して、(b)ノイゲンET−143重量%で乳化されたキトサンSK−10の分散液では小さい粒径となっており、キトサン分子が収縮したことが考えられる。(c)キトサンSK−50の分散液では分散度の狭いサイズの揃った微粒子分散となっている。いずれにしても、この方法によりキトサンは水中でマイクロエマルション化されることが分かる。 FIG. 2 shows a DLS analysis result of a chitosan acetic acid aqueous solution typical of chitosan and a chitosan dispersion obtained by ion exchange. (A) In an acetic acid aqueous solution of chitosan SK-10, chitosan shows a dispersion having an average particle size of about 1340 nm. In an aqueous acetic acid solution of chitosan SK-50, the particle size was out of the measurement range, and measurement was impossible. Presumably, the particle size is considered to be 3 μm or more. This result suggests that chitosan is ionized by acetic acid and hydrated, causing charge repulsion and maximizing the molecular spread. On the contrary, (b) the dispersion of chitosan SK-10 emulsified with Neugen ET-143% by weight has a small particle size, and it is considered that the chitosan molecule contracted. (C) The dispersion of chitosan SK-50 is a fine particle dispersion with a narrow degree of dispersion. In any case, it can be seen that chitosan is microemulsified in water by this method.
キトサンSK−10を用いて、界面活性剤量を変えたこと以外は実施例1と同様にしてキトサン分散液を調製した。
酢酸に対するイオン交換容量が当量となった場合、キトサン分散液中のキトサン溶解度が最大となったため、その条件を用いて、キトサンSK−10に対する界面活性剤の濃度の影響を検討した。
A chitosan dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that chitosan SK-10 was used and the amount of the surfactant was changed.
When the ion exchange capacity with respect to acetic acid became equivalent, the chitosan solubility in the chitosan dispersion was maximized. Therefore, the influence of the surfactant concentration on chitosan SK-10 was examined using the conditions.
図3と図4にその結果を示す。図3によれば界面活性剤の濃度が1.0重量%の時に最も高い溶解度を示すことが分かる。界面活性剤濃度が1.0重量%より高いと、逆にキトサンの溶解度が減少した。 The results are shown in FIGS. FIG. 3 shows that the highest solubility is exhibited when the concentration of the surfactant is 1.0% by weight. On the contrary, when the surfactant concentration was higher than 1.0% by weight, the solubility of chitosan decreased.
図4には、キトサン分散液中における粒径と界面活性剤濃度との関係を示す。界面活性剤濃度が0.5重量%以上では、粒径は界面活性剤の濃度が増加するともに増大した。従って界面活性剤が多すぎるとキトサンの凝集が促進されると考えられる。一方、界面活性剤濃度が0.2重量%で粒径は2005nmであり、酢酸水溶液中の粒径より大きな値となった。このことより、界面活性剤とキトサン間には特定の相互作用が働いており、界面活性剤が0.2重量%と0.5重量%の濃度の間でキトサンの微粒子分散が促進されると考えられる。 FIG. 4 shows the relationship between the particle size in the chitosan dispersion and the surfactant concentration. When the surfactant concentration was 0.5% by weight or more, the particle size increased as the surfactant concentration increased. Therefore, it is considered that the aggregation of chitosan is promoted when there is too much surfactant. On the other hand, the surfactant concentration was 0.2% by weight and the particle size was 2005 nm, which was larger than the particle size in the aqueous acetic acid solution. As a result, a specific interaction is acting between the surfactant and chitosan, and the dispersion of chitosan fine particles is promoted between the surfactant concentration of 0.2% by weight and 0.5% by weight. Conceivable.
(キトサンのキャストフィルムの形成)
図5はキトサンSK−10のノイゲンET-143 1.0重量%を含む酢酸水溶液から異なるイオン交換樹脂量で脱酢酸され作製されたキトサン分散液をキャストして得られたフィルムのSEM写真である。イオン交換樹脂量が(a)20.5g(b)41.0g(c)61.5gである。イオン交換量の違いにより、表面構造が異なっている。界面活性剤はエタノールにより洗浄除去されているが、イオン交換量の増大、すなわち酢酸の除去が進むにつれて、表面に沈降した粒子のサイズが小さくなっていることが分かる。このような表面粒子構造が形成されたのはキトサン分散粒子が凝集して大きくなったためと考えられる。
(Formation of cast film of chitosan)
FIG. 5 is an SEM photograph of a film obtained by casting a chitosan dispersion prepared by deaceticating an aqueous acetic acid solution containing 1.0% by weight of Neugen ET-143 of chitosan SK-10 with different ion exchange resin amounts. . The amount of ion exchange resin is (a) 20.5 g (b) 41.0 g (c) 61.5 g. The surface structure differs depending on the amount of ion exchange. The surfactant is washed away with ethanol, but it can be seen that as the amount of ion exchange increases, that is, acetic acid is removed, the size of the particles settled on the surface decreases. This surface particle structure was formed because chitosan-dispersed particles aggregated and became larger.
図6は同様に作製したSK−50のフィルムのSEM写真である。イオン交換樹脂量が(a)20.5g(b)41.0g(c)61.5g(d)61.5gである。SK−10と比べると、SK−50の方が滑らかな表面を示している。これもキトサン分散粒子の会合によって進行するが、SK−50の分散液では粒径分布が狭いため微密な会合が可能となったと考えられる。尚(c)、(d)は同一フィルムにおいて白濁部分と透明部分につき撮影したSEM写真である。(d)はフィルムの周縁部分の写真であり(c)はフィルム作製時に最後に乾燥し造膜した中央部分の写真である。白濁は界面活性剤が凝集したためと思われる。水洗すると白濁部分も透明になる。 FIG. 6 is an SEM photograph of a similarly produced SK-50 film. The amount of ion exchange resin is (a) 20.5 g (b) 41.0 g (c) 61.5 g (d) 61.5 g. Compared to SK-10, SK-50 shows a smoother surface. This also proceeds due to the association of chitosan-dispersed particles, but it is considered that the SK-50 dispersion has a narrow particle size distribution and thus enables fine association. Incidentally, (c) and (d) are SEM photographs taken for the cloudy part and the transparent part in the same film. (D) is a photograph of the peripheral part of the film, and (c) is a photograph of the central part that was finally dried and formed into a film during film production. The cloudiness seems to be due to the aggregation of the surfactant. The white cloudy part becomes transparent when washed with water.
図7に界面活性剤濃度の異なるキトサンSK−10分散液から得られたフィルムのSEM写真を示す。溶媒である水の除去速度にも依存するが、(b)界面活性剤(ノイゲンT−143)濃度が0.5重量%時、比較的に小さな表面粒子構造となっている。(a)界面活性剤濃度が0.2重量%の時は分散粒径が大きいため凹凸が大きく、(c)同濃度が1.0重量%では固化表面に残存した粒子の会合によると思われる不均一構造が認められる。
一方、1.5重量%のノイゲンT−143を含む酢酸水溶液から作製されたキトサンSK−10の分散液をキャストしたところフィルムが形成されなかった。
FIG. 7 shows SEM photographs of films obtained from chitosan SK-10 dispersions having different surfactant concentrations. Although depending on the removal rate of water as a solvent, when the concentration of (b) surfactant (Neugen T-143) is 0.5% by weight, the surface particle structure is relatively small. (A) When the surfactant concentration is 0.2% by weight, the dispersion particle size is large, so that the unevenness is large. (C) When the same concentration is 1.0% by weight, it seems to be due to the association of particles remaining on the solidified surface. A heterogeneous structure is observed.
On the other hand, when a dispersion of chitosan SK-10 prepared from an acetic acid aqueous solution containing 1.5% by weight of Neugen T-143 was cast, no film was formed.
(他の界面活性剤による分散)
ショ糖脂肪酸エステルをノニオン界面活性剤として用いた時、また弱アニオン界面活性剤を用いた時は同様のイオン交換法を適用してもキトサン分散液は得られなかった。しかし、ピリジン型カチオン界面活性剤(カチオーゲンL)を用いたときキトサン分散液が得られた。図8にa) SK−50を用いて、低いHLB値(=6.4)を有するノニオン界面活性剤(ノイゲン ET−83)から得た分散液及びb)ノイゲン ET−143(HLB=12.6)とc)カチオン界面活性剤から得られたキトサン分散液の写真を示す。a)では分離が発生し、不安定な状態であるのに対し、b)とc)では透明安定な状態である。このことより、高親水性のノニオンもしくはカチオン界面活性剤がキトサンの分散には有効と考えられる。また、本研究で得たキトサン分散液は凍結させてから解凍しても安定な分散状態を保ち、またフィルム形成性を保持していた。
(Dispersion with other surfactants)
When sucrose fatty acid ester was used as a nonionic surfactant, or when a weak anionic surfactant was used, a chitosan dispersion could not be obtained even when the same ion exchange method was applied. However, a chitosan dispersion was obtained when a pyridine type cationic surfactant (Katiogen L) was used. In FIG. 8 a) a dispersion obtained from a nonionic surfactant (Neugen ET-83) having a low HLB value (= 6.4) using SK-50 and b) Neugen ET-143 (HLB = 12. The photograph of the chitosan dispersion liquid obtained from 6) and c) cationic surfactant is shown. In a), separation occurs and is in an unstable state, whereas in b) and c), it is in a transparent and stable state. This suggests that highly hydrophilic nonionic or cationic surfactants are effective for the dispersion of chitosan. Moreover, the chitosan dispersion obtained in this study maintained a stable dispersion state and maintained film-forming properties even after being thawed and thawed.
(分散構造)
キトサンの酢酸水溶液はキトサンの側鎖アミノ基のカチオン化により親水性が増大するとともに、分子内イオン間反発により、分子が溶液中で拡がり、溶解していく。これにノニオン界面活性剤を添加するとイオンを保持したままキトサンとの相互作用を生ずる。この状態から酢酸をイオン交換樹脂で除去するとキトサンのイオン化が減少するとともに、ノニオン界面活性剤とキトサンが疎水結合相互作用生じ、小さな分散粒子として水中に分散させることになる。キトサンのイオン化で生じたアンモニウム側鎖の一部はそのまま残り、カチオン性の分散粒子としてキトサンは分散されていると考えられる。図9に各段階におけるキトサンの分散構造を図示する。今後さらに詳細な構造について検討を加える必要がある。
(Distributed structure)
The aqueous acetic acid solution of chitosan increases in hydrophilicity due to cationization of the side chain amino group of chitosan, and molecules are expanded and dissolved in the solution due to repulsion between intramolecular ions. When a nonionic surfactant is added to this, it interacts with chitosan while retaining ions. When acetic acid is removed with an ion exchange resin from this state, the ionization of chitosan is reduced, and a nonionic surfactant and chitosan are caused to undergo a hydrophobic bond interaction and dispersed in water as small dispersed particles. It is considered that a part of the ammonium side chain generated by ionization of chitosan remains as it is, and chitosan is dispersed as cationic dispersed particles. FIG. 9 shows the dispersion structure of chitosan at each stage. In the future, further detailed structure needs to be studied.
本発明の弱酸性水溶液中にキトサンが界面活性剤により分散されてなるエマルションは、前述の如くキトサン酸溶液が用いられる用途の中でも特に酸の害が問題となる健康医療等の分野に好適に用いられ、本発明によるキトサン分散液およびキトサン膜の製造方法も酸の害がない分散液、酸成分の少ないキトサン膜が容易に簡単な操作な操作で得られるため幅広い用途に、中でも健康医療等の分野用の中間材料の製法等に好適に用いることができる。 The emulsion in which chitosan is dispersed in a weakly acidic aqueous solution of the present invention with a surfactant is preferably used in the field of health care and the like where the harm of acid is a problem, among the uses in which a chitosan acid solution is used as described above. The chitosan dispersion according to the present invention and the method for producing a chitosan membrane are also suitable for a wide range of applications, especially for health care and the like because a chitosan membrane with little acid component can be easily obtained by a simple operation. It can be suitably used for the production method of intermediate materials for fields.
A 酢酸溶液中。
B 酢酸溶液媒体中の界面活性剤によるキトサン粒子中。
C イオン交換樹脂によるエマルション媒体からの酢酸分除去後のキトサン粒子中。
A In acetic acid solution.
B In chitosan particles by surfactant in acetic acid solution medium.
C In chitosan particles after removal of acetic acid from emulsion medium by ion exchange resin.
Claims (6)
6. The method for producing a chitosan film according to claim 5, wherein the means for removing the acid component from the aqueous acid medium uses an ion exchange resin.
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