水溶性甲壳素_纤维素共混膜的制备及性能研究.pdf

水溶性甲壳素/纤维素共混膜的制备及性能研究 周晓东1,朱 平1 ,2 3 ,张 林1 (1. 青岛大学 纤维新材料及现代纺织国家重点实验室培育基地,青岛266071 ; 2.绍兴文理学院 纺织服装学院,绍兴312000) 摘 要:将水溶性甲壳素与用氢氧化钠-尿素-硫脲体系溶解的纤维素共混制膜.红外光谱、 扫描电镜、 透射比分析表明,当水溶性甲壳素浓度达到10 %15 %时,水溶性甲壳素与纤维素 具有较好的相容性.共混膜的吸湿率和保湿率分别达到32 %和55 %左右,并具有良好的抗菌 性. 关键词:纤维素;水溶性甲壳素;相容性;吸湿保湿性;抗菌性 中图分类号: TQ352. 79 文献标识码: A 文章编号: 1007 - 8924(2009)02 - 0012 - 04 壳聚糖可促进伤口愈合,但其刚性结构使它们 不溶于水,阻碍了与伤口的相互作用,脱乙酰度 50 %左右的甲壳素(水溶性甲壳素)可溶于水,与伤 口充分作用,促进伤口愈合更有效1.传统上,纤维 素纤维的生产以粘胶法为主,工艺流程复杂,污染严 重2 - 4.研究发,现低温冷冻条件下5 - 7,氢氧化 钠-尿素-硫脲体系能溶解纤维素,并可纺制成纤 维,该工艺克服了粘胶法生产纤维的缺点. 本实验将水溶性甲壳素与用氢氧化钠-尿素- 硫脲体系溶解的纤维素共混制膜,所制膜具有较好 的吸 湿、 保 湿 性,可 自 然 降 解,抗 菌 持 久 的 特 点8 - 10.因此,该膜可用于止血、 保湿、 促进伤口愈 合等功能的新型敷料. 1 实验部分 1. 1 实验原料、 药品及仪器 1. 1. 1 实验原料及药品 棉浆粕(DP = 680 ,-纤维素含量 90 %) ,山 东雅美纤维有限公司;氢氧化钠(CP) ,天津市博迪 化工有限公司;尿素(AR) ,莱阳市化工实验厂;硫脲 (AR) ,莱阳市双双化工有限公司;水溶性甲壳素(水 分 10 % ,灰分 10 %) ,浅黄色片状固体,山东奥康 生物科技有限公司. 1. 1. 2 实验仪器 FT - IR200傅立叶变换红外光谱仪,美国 Thermo Nicolet公司;JSM - 840扫描电子显微镜, 日本J EOL公司;UV - 1700型紫外分光光度计,日 本岛津公司;DH3600型电热恒温培养箱,天津泰斯 特仪器有限公司; KYQS小型压力蒸汽灭菌器,淄博 康元卫生器材有限公司. 1. 2 水溶性甲壳素/纤维素共混膜的制备 将氢氧化钠、 尿素、 硫脲浓度分别为8 % ,8 % , 6. 5 %的溶液,放入冰箱,降温至- 8 左右,加入棉 浆粕,搅拌510 min ,然后加入不同浓度的水溶性 甲壳素溶液,继续搅拌形成稳定、 均一的共混体系, 脱泡,然后用两端系铜丝的平直玻璃管在洁净的玻 璃板上刮膜,放入5 %Na2SO4/ H2SO4凝固液中约5 min ,取下膜,用蒸馏水冲洗,晾干,干膜保存在干燥 器中. 根据共混膜中水溶性甲壳素质量分数为0 % , 5 % ,10 % ,15 % ,20 % ,25 % ,将膜编号为C0 , C1 , C2 ,C3 ,C4 ,C5. 1. 3 共混膜相容性的表征 1. 3. 1 FT - IR 用FT - IR200傅立叶变换红外光谱仪,对膜进 行全反射测试,记录其红外光谱图. 收稿日期: 2007 - 11 - 09 ;修改稿收到日期: 2007 - 11 - 22 作者简介:周晓东(1981 - ) ,男,山东栖霞市人,硕士,从事功能纤维及功能纺织品研究.xiaodongZ66 yahoo. com. cn.3 通讯联系人 pzhu99 第29卷 第2期膜 科 学 与 技 术Vol. 29 No. 2 2009年4月MEMBRANE SCIENCE AND TECHNOLOGYApr. 2009 1. 3. 2 SEM 用JSM - 840扫描电子显微镜观察共混膜的表 面形貌,样品膜截面真空喷金后拍照. 1. 3. 3 透光率 用UV - 1700型紫外光谱仪于波长为200 600 nm范围内,对共混膜进行透光率测试. 1. 4 共混膜的吸湿、 保湿性测试11 将样品放在装有五氧化二磷的干燥器干燥48 h ,进行吸湿、 保湿性测试. 1) 吸湿实验:准确称量0. 5 g样品置于直径为 4 cm的广口称量瓶,将称量瓶置于控温20,装有 碳酸钾饱和水溶液的干燥器内,吸湿率计算式为: Ra = ( Wn-Wo )/ Wo100 % 式中,Wn和Wo分别为放置48 h前后样品的质量. 2) 保湿实验:准确称量0. 5 g含10 %水分的样 品,放入直径为4 cm广口称量瓶,将称量瓶置于预 先装有硅胶,控温在20 的干燥器内.保湿率计算 式为: Rh=Hn/Ho100 % 式中,Hn和Ho分别为放置48 h前后样品中水分 的质量. 1. 5 共混膜的抗菌性测试 把预先经活化的1 mL菌悬液(含菌量约1 106个)加入固体培养基平皿上涂布均匀,再用无菌 镊子夹取经紫外灯灭菌后的膜片贴在各种含菌平皿 上,并用放置于无菌培养基的膜片作对照,然后将各 皿置37 恒温培养24 h后,测量抑菌圈直径(D ) . 2 结果与讨论 2. 1 共混膜的相容性 2. 1. 1 FT - IR 由图1可知,纤维素的红外谱图在3 440 cm - 1 图1 不同共混比的水溶性甲壳素/纤维素的FT - IR Fig. 1 FT - IR of soluble chitin/ cellulose with different blend ratio 处宽而强的吸收峰是纤维素分子上的缔合羟基产生 的吸收,2 895 cm - 1处为 CH的伸缩振动吸收峰. 添加水溶性甲壳素后,相对于纤维素羟基处的 吸收峰强度减弱,峰型变宽,且随着水溶性甲壳素含 量的增加,明显向高波数方向发生了位移.说明共混 膜中两种物质之间产生了一定的相互作用,证明了 水溶性甲壳素和纤维素的相容性. 2. 1. 2 透射比 共混体系的透明性与体系的相容性密切相关, 相容性好共混体系透明性高,即在一定波长的透射 比高;相反,共混体系中两相的相容性差,在两相界 面中光的散射和反射强烈,因而透射比偏低.为此采 用测定水溶性甲壳素/纤维素共混膜在200800 nm波长下的透射比来表征二者的相容性,如图2 所示. 图2 不同混合比的水溶性甲壳素/纤维素 共混比的透射率曲线 Fig. 2 Transparent rates curve of soluble chitin/ cellulose with different blend ratio 由图2知,当水溶性甲壳素含量增加到15 % 时,共混膜的透射比均大于80 % ,且在800 nm处, 达到最大值.继续增加水溶性甲壳素的浓度,随着波 长的增加,膜的透射比明显降低,均小于80 %. 2. 1. 3 SEM 用SEM观察不同混合比的水溶性甲壳素/纤 维素膜的截面形貌,如图3所示. 由图3可知,原始纤维素膜光滑平整,当添加 5 %水溶性甲壳素时,膜表面出现固体小颗粒,可能 是未溶解的部分水溶性甲壳素.继续增加水溶性甲 壳素的用量,共混膜光滑平整,不分相,说明两种物 质相容性较好.当水溶性甲壳素浓度达到20 %时, 膜的平整性下降,出现分相现象,当用量达到25 % 时,膜出现破裂,并有大量未溶解的水溶性甲壳素沉 积在膜表面.因此,当水溶性甲壳素浓度为10 % 第2期周晓东等:水溶性甲壳素/纤维素共混膜的制备及性能研究13 图3 不同混合比的水溶性甲壳素/纤维素的SEM Fig. 3 SEM of soluble chitin/ cellulose with different blend ratio 15 %时,两种物质的相容性较好. 2. 2 共混膜的吸湿、 保湿性能 对不同浓度的水溶性甲壳素的共混膜进行吸湿 和保湿性测定,结果如图4所示. 由图4可知,随着水溶性甲壳素浓度的增加,共 混膜的吸湿率和保湿率增加.当水溶性甲壳素的浓 图4 不同含量的水溶性甲壳素共混膜的吸湿率和保湿率 Fig. 4 Moisture - adsorption rate and moisture - retention rate of soluble chitin/ cellulose with different blend ratio 度大于15 %时,增加趋势减慢,说明共混膜具有较 好的吸湿和保湿性.原因可能是加入水溶性甲壳素 后,甲壳素上的氨基属亲水基团,易和水分子之间形 成氢键,从而使共混膜具有较强的吸湿性.同时,氨 基与水分子形成氢键而使分子链产生网状结构,影 响水的活度和流动阻力,滞留水分,使共混膜又具有 一定的保湿作用. 2. 3 共混膜的抗菌性研究 金黄色葡萄球菌是临床感染的创面分泌物培养 分离菌株中最为常见的菌种之一,大肠杆菌是人和 许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌,侵 入人体某些部位时,可引起感染,甚至是致命的.因 此,实验中选用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作为受 试菌对水溶性甲壳素/纤维素共混膜的抗菌性进行 研究,结果如表1所示. 由表1可知,随着共混膜中水溶性甲壳素浓度 的增加,所对应的两种细菌的抑菌圈直径增加,且共 混膜对大肠杆菌的敏感性好于金黄色葡萄球菌.表 14 膜 科 学 与 技 术第29卷 表1 不同水溶性甲壳素浓度的共混膜的抗菌性 Table 1 The antimicrobial activities of blend membranes with different content of soluble chitin 试 样 金黄色葡萄球菌对应 抑菌圈直径/ mm 大肠杆菌对应 抑菌圈直径/ mm C000 C14. 16. 7 C29. 810. 2 C317. 619. 1 C421. 223. 8 C526. 528. 6 明采用水溶性甲壳素与纤维素制备的共混膜,具有 较好的抗菌性. 3 结论 1) 当水溶性甲壳素的浓度为10 %15 %时,共 混体系中水溶性甲壳素和纤维素的具有较好的相容 性. 2) 水溶性甲壳素/纤维素共混膜的吸湿率和保 湿率可分别达到32 %和55 %左右,同时具有较好的 抗菌性. 参考文献 1樊李红.壳聚糖海藻酸盐生物医用材料的研制与功能性 D.武汉:武汉大学,2005 :57 - 67. 2詹怀宇.纤维化学与物理M.北京:科学出版社,2005 : 149 - 163. 3 Lena J , Schurz J , Wrentschur E. Properties and structure of solvent - spun and viscose - type fibers in the swollen stateJ . Colloid 2. College of Textile and Garment , Shaoxing University , Shaoxing 312000 , China) Abstract : The composite membranes were prepared by blending soluble chitin and cellulose dissolved in the sys2 tem of sodium hydroxide , urea and thiourea. The results of FT - IR , SEM and transparent rates showed that there was good miscibility between soluble chitin and cellulose in the blended system when the concentration of soluble chitin was 10 %15 %. The moisture - adsorption rate and moisture - rete