高分子方向本科毕业论文淀粉微球的制备、表征及评价.doc

大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 I 摘 要 淀粉微球作为一种理想的药物载体,其合成和功能化改性成为人们关注的热 点。采用新的制备方法获得具有良好稳定性的淀粉微球,使其载药、释药性能 得以改善,对于更深入开展淀粉微球应用性能研究,提高其在现代药物制剂技 术中的实际应用价值,拓展其应用领域都有着重要的意义。 本文以可溶性淀粉为原料，环氧氯丙烷为交联剂，同时选用Span60作为乳 化剂，大豆油为油相，采用反相乳液法合成淀粉微球。研究过程中，重点考 虑油水相体积比、乳化剂用量、交联剂种类和用量、淀粉浓度和反应时间等 对微球制备的影响，得出最佳的反应条件。以微球的平均粒径和溶胀度为指 标,对微球进行表征，并对微球的吸附性能，粒度分布、形貌、红外光谱等进 行考查。实验结果表明：在油水相体积比为4:1、乳化剂用量为0.009g/ml油、 环氧氯丙烷0.625ml/g淀粉、淀粉质量浓度为4%、反应时间4h的条件下所得的 淀粉微球对次甲基蓝的吸附为1.822mg/g，可用作良好的药物载体和吸附剂， 溶胀度为339%，平均粒径为37.9m。 关键词：淀粉微球；反相乳液交联；吸附性能 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 II ABSTRACT As an ideal medicine vector, starch micorphere has drawn more and more attention in the study of its synthesis and functional modification. People intend to find the right way to synthesis the starch micorphere that has better stability. The improvement of perfermace in loading and releasing of medicine, as well as its application in modern pharmaceutical preprations are very impotant In this article we use the solube starch as the raw material, epichlorohydrin as the cosslinker, span60 as the emulsifier and the soybean oil as the oil phase. We use the inverse emulsion to synthesis the starch micorphere. In the course of the study, we put much attention on the volume ratio of the water phase and the oil phase, the amount of the emulsifier, the amount and the species of the cosslinker, the concentration of the starch and the reaction time. And all the factors effection on the synthesis of the strach in order to find out the best reaction conditions. Use the avreage size and the seelling degree to characterise the starch micorphere. Moreover test the adsorption, size distribution, appearance,IR of the synthesised strach micorphere. The results show that: In the condition of the the volume ratio of the water phase and the oil phase is 4:1, the amount of the emulsifier is 0.009g of every oil, the amount of the epichlorohydrin is 0.625ml/g(strach), the strach concentration is 4%and the reaction time is 4h, the adsorption ratio of the synthesised strach micorphere is 1.822mg/g which indicate that it will perfermat good in acting as the medicine vector and adsorbent. Key word: strach micorphere；inverse emulsion crosslinking；adsorption 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 1 目 录 前 言4 第一章 文献综述5 1.1 微球的应用.5 1.1.1 微球在靶向给药中的应用.5 1.1.2 微球在组织工程中的应用5 1.2 微球的分类.6 1.3 淀粉微球的研究进展6 1.3.1 淀粉微球6 1.3.2 淀粉微球的应用7 1.3.2.1 淀粉微球在医药中的应用7 1.3.2.2 在其他方面的应用7 1.3.3 淀粉微球的制备方法.7 1.3.3.1 反相乳液聚合法制备淀粉微球8 1.3.3.2 两步交联法制备淀粉微球8 1.3.3.3 悬浮聚合法淀粉微球的制备8 1.3.3.4 溶剂挥发法8 1.3.3.5 乳化交联法9 1.4 反相乳液聚合9 1.4.1 反相乳液聚合基本概况.9 1.4.1.1 基本概念9 1.4.1.2 反相乳液聚合研究近况10 1.4.2 反相乳液聚合体系.10 1.4.2.1 单体10 1.42.2 乳化剂的选择.10 1.4.2.3 油相的选择11 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 2 1.5 本论文研究的主要内容12 第二章 实验部分13 2.1 实验原料13 2.2 实验仪器和设备13 2.3 淀粉微球的制备14 2.3.1 淀粉溶液的配制.14 2.3.2 乳化阶段.14 2.3.3 交联阶段和后处理.14 2.4 产物的表征与反应的评价14 2.4.1 吸附性能14 2.4.1.1 次甲基蓝标准曲线的绘制14 2.4.1.2 淀粉微球吸附性能的测定15 2.4.2 微球溶胀度测定.16 2.4.3 粒径大小和分布的确定.16 2.4.4 红外光谱测定.16 2.4.5 扫描电镜观测.16 第三章 结果与讨论17 3.1 确定各水平因素对吸附量的影响17 3.1.1 油水比对吸附量的影响.17 3.1.2 乳化剂用量对吸附量的影响18 3.1.3 交联剂用量对吸附量的影响.18 3.1.4 淀粉浓度对淀粉微球对吸附量的影响.19 3.1.5 反应时间对吸附量的影响.20 3.2 影响淀粉微球溶胀度的因素21 3.2.1 油水两相体积比的影响.21 3.2.2 乳化剂用量的影响.22 3.2.3 交联剂用量的影响.23 3.2.4 淀粉浓度的影响.23 3.2.5 反应时间的影响.24 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 3 3.3 影响淀粉微球平均粒径的因素24 3.3.1 油水两相体积比的影响24 3.3.2 乳化剂用量的影响.25 3.3.3 交联剂用量的影响.26 3.3.4 淀粉浓度的影响.26 3.3.5 反应时间的影响.27 3.4 淀粉微球红外光谱分析28 3.5 淀粉微球的扫描电镜图像29 第四章 结论.30 参考文献31 致 谢33 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 4 前前 言言 近十多年以来,微球作为载体应用于药物的靶向传输已引起国内外学者的 重视1 。微球作为药物载体要求粒径合适,具有生物相容性,无毒,无免疫原 性,有一定的机械强度和稳定性,与药物不发生化学反应。现已开发的微球,有 的不可生物降解，易产生基质材料的积累，如聚乙烯酰胺微球，聚苯乙烯微 球等;有的易引起机体的免疫反应，生物相容性差，如蛋白质微球等。而淀粉 微球不仅符合给药系统的各项要求、取材方便、价格低廉,更重要的是微球的 理化性质可以在合成过程中进行控制2 。因此,淀粉微球逐渐成为人们研制 开发的热点和重点。 淀粉微球的制备方法有喷雾干燥法、沉淀法、溶剂挥发法以及乳化交联 法， 其中反相乳化交联法应用最广泛并且得到了迅速发展。目前研究者采用 反相乳液法制备淀粉微球时大都数都选择环己烷和氯仿混合作油相，而本文 选择大豆油作为油相，主要是从以下两方面来考虑的：首先，在性质方面， 由于大豆油黏度较大、性质稳定、易乳化，制备出的微球形态比较圆整；其 次，制备出的淀粉微球应用于药物载体上，考虑到大豆油无毒副作用，即使 载药后有残留摄入肠道内也不被吸收或消化。 由于以上原因，再加上我国淀粉来源充足、价格低廉，具备了研究的优 先条件，而现已合成的微球普遍存在机械强度较差、球形结构欠佳等问题， 使微球在载药、释药稳定性等方面存在较大的缺陷。因此研究改进或采用新 的制备方法获得具有良好稳定性的淀粉微球，使其载药、释药性能得以改善， 对于更深入开展淀粉微球应用性研究，提高其在现代药物制剂技术中的实际 应用价值，拓展其应用领域都有着重要的意义16。 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 5 第一章第一章 文献综述文献综述 1.1 微球的应用 微球(microspheres)是一种用适宜高分子材料为载体包裹或吸附药物而制 成的球形或类球形微粒，一般制备成混悬剂供注射或口服用。它是近十年来 发展的新型给药体系，它既能保护药物免遭破坏，又与某些细胞组织有特殊 亲和性，能被器官组织的网状内皮系统(RES)所内吞(吞噬、胞饮)或被细胞融 合，集中于靶区逐步扩散释出药物或被溶酶体中的酶降解而释出药物。因此， 微球在临床治疗上应用为被动靶向(passive target)制剂。 1.1.1微球在靶向给药中的应用 作为靶向给药系统的载体是微球在临床上的重要应用之一，也是近几年来 国内外学者研究的热点之一。采用生物活性材料制成的药物微球，可以提高 药物的稳定性，实现药物的控释或缓释，从而提高了药物的疗效并且减少了 药物对正常组织的毒副作用。根据微球基质材料的不同，一般可以分为两大 类:一类是不可降解微球，如己基纤维素、玻璃等;另一类为可降解微球，如 明胶、白蛋白、淀粉和葡聚糖等。可降解药物微球在降解的过程中体积不断 缩小，可以进入更细小的血管，同时药物缓慢释放，起到了药泵的作用，药 物的疗效可以得到大大的提高。因此近几年来，可降解类药物微球的研究受 到医务工作者和材料学者的广泛重视。 1.1.2 微球在组织工程中的应用 目前常用的修复骨缺损的方法如自体骨移植、异体骨移植、人工合成替代 物等都在不同程度上存在着一定的缺陷，如供体来源有限、形状难以加工设 计以及存在免疫排斥反应和移植部位病变等问题。随着近几年来有关于组织 工程的研究为解决以上种种问题提供了一种全新的方法，且为实现人工器官 的真正替换成为可能。其中组织工程研究的重点之一就是寻找和制备作为细 胞移植与引导新骨生长的支架材料。生物活性微球由于具有较大的比表面积 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 6 有利于细胞的粘附而可以作为组织工程中的支架材料。生物活性玻璃 （bioactive glasses）在植入人体后能够较快的与周围骨组织产生化学结合， 并且能够激发生骨细胞的活性，因此已广泛的应用于骨修复和骨细胞培养之 中，但对用于三维骨细胞培养的生物玻璃微球的研究直到近几年来才受到越 来越多的重视。 1.2 微球的分类 根据微球制备所用高分子载体材料不同，微球又可分为天然高分子微球 (如淀粉微球，白蛋白微球等)和合成聚合物微球(如聚乳酸微球、聚烷基氰基 丙烯酸酯毫微球等)二类。其中，由于淀粉微球具有独特生物降解性、生物相 容性、降解速度可调节、无毒、无免疫原性、贮存稳定、来源充足和价格低 廉等优点，因而逐渐成为人们研究开发的热点和重点。 1.3 淀粉微球的研究进展 1.3.1 淀粉微球 近10多年来, 微球作为载体应用于药物的靶向传输已引起国内外学者的重 视。选择无毒、易生物降解、原料易得的可溶性淀粉制备的微球, 作为一可 降解性、理化及生物稳定性和极低的毒性。但是采用以往制备方法得到的微 球存在机械强度较差,球形结构欠佳等问题, 使微球在载药、释药稳定性、等 性能方面存在缺陷, 如进入机体后微球的溶胀破裂使所载药物短时间内突然 大量释放, 从而引起机体内血药水平陡然升高, 产生毒副反应。 淀粉微球是天然淀粉的一种人造衍生物之一,在众多的控释制剂中具有独 特的优点：具有微孔结构，易吸附药物；在生物体内具有一定的可变形性。 作为药物载体,淀粉微球经酶降解时,微球在骨架崩解前其载药能力可保持相 当长时间,且降解速度可以调节。淀粉微球还具有良好的生物相容性,可生物 降解、无毒、无免疫原性而且原料来源广泛、价格低廉，其综合性能优于合 成高分子材料和脂质体、蛋白质等早期的药物载体。因此，淀粉微球有望成 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 7 为口服定位给药系统尤其是口服结肠定位给药系统(OCDDS) 的理想药物载体。 1.3.2 淀粉微球的应用 1.3.2.1 淀粉微球在医药中的应用 药物载体系统主要用于载运活性分子（如细胞毒制剂和各种酶）至恶性 肿瘤组织和人体器官，然后在靶器官内控制释放。因此有可能利用药物载体 系统来减少药物的不良反应，改善药物的某些物理性质，提高药物的选择性， 从而提高药物的治疗指数。淀粉微球作为药物载体的优点是：生物降解性， 生物相容性，降解速度可调节，无毒，无免疫原性，贮存稳定，淀粉来源充 足，价格低廉，与药物之间相互无影响及符合给药系统的其他各项要求。 淀粉微球已经尝试将其作为靶向制剂的药物载体应用在鼻腔给药系统18、 动脉栓塞技术14、放射性治疗14、免疫分析19等领域。资料分析表明, 虽 然有多种淀粉微球的合成方法及载药的临床试验报道, 但多集中于单纯的微 球合成及对药物释放个案的应用研究领域。 淀粉微球有中性微球和离子微球两类，中性微球主要包括丙烯酰化淀粉 微球、西烯酯化微球、磁性淀粉微球；离子淀粉微球主要包括阳离子淀粉微 球、阴离子淀粉微球。中性微球每克微球包埋 0.4g 药物，在包埋过程中药物 成分受到较大的影响。对一些需要缓慢释放的离子型物不能定量吸附；离子 微球每克微球吸附 0.8g 药物，能吸附带相反电荷的离子型药物，特别对一些 需缓慢释放的药。可以定量吸附，而且吸附速度快，吸附量大。 1.3.2.2 在其他方面的应用 由于淀粉微球具有多种活性基团,因此除可作为药物载体外,通过修饰官能团 或改性还可作为安全无毒的工业吸附剂,在废水处理、负载金属催化剂、色谱 分离、分子印记、固相萃取、模拟酶催化和生物传感器等诸多领域获得应用。 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 8 1.3.3 淀粉微球的制备方法 淀粉微球是天然淀粉的衍生物，它是在引发剂的作用下使淀粉与交联剂进 行适度交联得到的球形交联淀粉, 常用的交联剂有环氧氯丙烷、表氯醇、双 丙烯酰胺、对苯二甲酰氯、偏磷酸盐、乙二酸盐等12。淀粉微球与一般交联 淀粉的显著区别为淀粉微球有一定的粒径及粒径分布要求。淀粉微球的制备 方法有反相乳液聚合法、两步交联法、悬浮聚合法、溶剂挥发法以及乳化交 联法等. 1.3.3.1 反相乳液聚合法制备淀粉微球 以可溶性淀粉为原料，N,N- 亚甲基双丙烯酰胺(MBAA) 和环氧氯丙烷 (ECH)为交联剂，在过硫酸铵(APS) 的引发下，制得淀粉微球。 反相乳液聚合法得到的淀粉微球具有立体网状结构、较高骨架强度、可生 物降解性,所得微球因其比表面积大、吸附性强、力学性能好、反应活性大及 可回收等特点，在高分子吸附、生物医用、固载催化剂等方面有着广泛的应 用前景。因而反相乳液法是应用最为广泛的制备淀粉微球的方法，并且得到 迅速的发展。 1.3.3.2 两步交联法制备淀粉微球 先在过硫酸铵(AP)和亚硫酸氢钠(SB)的引发下，以N,N- 亚甲基双丙烯酰 胺(MBAA)为预交联剂，与可溶性淀粉交联聚合, 再以环氧氯丙烷(ECH)为交联 剂进行二次交联固化，得到粒径分布均一、表面粗糙多孔的淀粉微球。 通过此法制备的淀粉微球，除可用作药物载体外，亦可通过对其官能团的 修饰或改性后，用作安全无毒吸附剂，有望在废水处理、负载催化剂、分子 印记、模拟酶催化等领域获得应用。 1.3.3.3 悬浮聚合法淀粉微球的制备 悬浮聚合法是一种高分子微球的传统制备方法。以二乙烯基苯为交联剂,正 十八醇为致孔剂，在过氧化苯甲酰引发下悬浮聚合玉米淀粉,制备烯二乙烯 基交联淀粉微球。 该法的优点在于单体之间交联聚合形成具有较高的力学性能、优良的耐溶 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 9 剂性的微球，但是孔隙少，比表面和吸附能力有限。 1.3.3.4 溶剂挥发法 这是制备微球的一种方法，简单的过程就是，先配置合适浓度的高分子 溶液，然后将高分子溶液在连续相乳化，逐渐挥发掉溶剂后就得到高分子微 球了。 如果高分子溶液是油相，就要用水溶液做连续相，比较多的溶剂油氯仿， 乙酸乙酯，水溶液中加SDS等表面活性剂，用超声，或者剧烈搅拌乳化，室温 下搅拌，挥发溶剂。水溶高分子则反之，用油相做连续相。 1.3.3.5 乳化交联法 淀粉的醇羟基与具有二元或多元官能团的化学试剂形成二醚键或二酯 键使两个或两个以上的淀粉分子之间“架桥”在一起，呈多维空间网状结 构的反应，称为交联反应。 交联剂的种类很多，常用于制备交联淀粉的交联剂有环氧氯丙烷、甲醛、 三氯氧磷、三偏（或三聚）磷酸钠、六偏磷酸钠等。环氧氯丙烷和甲醛的反 应为醚化，三氯氧磷和三偏（或三聚）磷酸钠或六偏磷酸钠的反应为酯化。 淀粉与其它分子之间也可以交联，如淀粉与纤维交联，可制成抗水交联 剂。淀粉交联后，平均分子量明显增加，淀粉颗粒中的直链淀粉和支链淀粉 分子是由氢键作用而形成颗粒结构，再加上新的交联化学键，可增强保持颗 粒结构的氢键，紧密程度进一步加强，颗粒的坚韧，导致受到糊化时颗粒的 膨胀受到限制，限制程度与交联量有关,因此交联剂有时又称为抑制剂，交联 淀粉又称为抑制淀粉。 环氧氯丙烷分子中具有活泼的环氧基和氯基，是一种交联效果极好的交 联剂。由于反应条件温和，易于控制，是经常选用的交联剂。环氧氯丙烷交 联速度很慢，选用较高的反应温度和碱性可明显加速淀粉与环氧氯丙烷的反 应速率。 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 10 1.4 反相乳液聚合 1.4.1 反相乳液聚合基本概况 1.4.1.1 基本概念 传统的乳液是由亲油性单体为分散相，水位连续相，在亲水性乳化剂作 用下，形成水包油（O/W）型单体液滴和单体溶胀胶束的乳化体系。反相乳 液是由水溶性单体溶于水中的液体作分散相，在亲油性乳化剂作用下，用非 极性烃类溶剂作连续相，形成油包水（W/O）型的单体液滴和单体溶胀胶束 的乳化体系。该类乳化体系与传统乳液在组成和体系的相结构上恰成镜式对 照，故而被称为反相乳液。在反相乳液中，使水溶性单体进行聚合制备聚合 物的过程叫反相乳液聚合。 反相乳液聚合的最终产物通常是亲水性聚合物粒子在连续油相中的胶体 分散体系。这种聚合方法有许多好处，与溶液聚合相比，由于反应位置的分 隔化，它把水溶性单体的高聚合速率和高聚合度联系在一起。这种聚合方法 制备的反相胶乳粒子，很容易反转并溶解于水中，便于很多领域的应用。 1.4.1.2 反相乳液聚合研究近况 与传统乳液聚合相比，反相乳液聚合研究要少得多。除了一些生产技术 的专利外，对基本原理的研究从广泛性和深度来说都还不够。反相乳液聚合 这一开拓性的工作是由美国里海大学 Vanderhoff 等人于 20 世纪 60 年代初用 对乙烯苯磺酸钠在甲苯介质中的聚合开始研究。几十年来，特别是近十年来， 对一些水溶性单体进行了反相乳液聚合机理的研究。 1.4.2 反相乳液聚合体系 1.4.2.1 单体 反相乳液聚合所用的单体都是水溶性的，非常难溶于非极性的烃类溶剂 中。曾经用于反相乳液聚合研究和制备产品的单体有丙烯酰胺、丙烯酸和甲 基丙烯酸及其钠盐、乙烯基本磺酸钠、N乙烯基甲酰胺、丙烯酸硫醚、N 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 11 乙烯吡咯烷酮、乙烯苯甲基氯化钠、甲基丙烯酸二氨基乙酯的季铵盐、 氨基醚丙烯酸氯化氢等。由于单体的分子结构和性质差别比较大，采用不同 类型和性质的乳化剂形成反相乳液的稳定性及反应机理差别较大，重现性不 太好，给理论研究带来了一定困难。 1.42.2 乳化剂的选择 反相乳液体系是油包水型（W/O） ，按其胶体体系对乳化剂的选择原理，必 须选用亲油性乳化剂，即亲水亲油平衡值（HLB）较小的乳化剂，一般 HLB 值在 36 左右，由于某些单体的离子性和酸度对乳化剂的影响，选用乳化剂 的 HLB 值有时可能达到 89 左右。乳化剂的用量在一定范围内影响乳胶粒 子的大小和稳定性。由于不同油相与表面活性剂之间化学匹配不同，乳化剂 的用量可在较大范围内变化，一般占油相的 1%10%，在反相乳液聚合中， 一旦单体体系和介质确定，要想制得稳定性好的胶体，乳化剂种类的选择是 极其重要的。 反相乳液采用的乳化剂通常为非离子型，如烷基酸聚氧乙烯醚、脂肪酸聚 氧乙烯醚酯、司盘（Span）系列的山梨醇酯；烷基酚、脂肪醇分别与环氧乙 烷的加成物。对不同的单体体系，为了提高其反相乳液的稳定性，常用几种 不同的 HLB 值的乳化剂组成复合乳化体系。 1.4.2.3 油相的选择 反相乳液聚合体系中用非极性介质作连续相，可选择任何不与水互溶的有 机惰性液体，分散介质的性质，特别是介电常数、溶解度参数和对所选的表 面活性剂的溶解能力，对反相乳液聚合过程有着非常显著的影响。与常规聚 合体系不同的是，油相或连续相介质可以在很广泛的范围内选择，它与乳化 剂可以组成多种匹配关系。 现有微球制备研究主要集中在交联剂和油相的选择上，其中交联剂主要有 环氧氯丙烷、对苯二甲酰氯、三氯氧磷等；而油相的选择主要有两类，一类 为混合油即有机溶剂如甲苯、氯仿、环己烷等与矿物油按一定比例混合而成； 另一类为纯植物油如大豆油、蓖麻油等。 使用大豆油和混合油所制得的微球均呈白色粉末状，流动性好，外观无显 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 12 著差异。但在光学显微镜和扫描显微镜下可看出大豆油所制得的微球表面有 更多空穴，可能更有利于载药，提高包封率。 油相与水相（分散相介质）的比例及油相的黏度，也是影响稳定性的重要 因素。当油/水相的比例较大时，可防止粒子之间的黏并，根据经验，采用油 /水=（13）/1，适合的油水比在 1.6 左右，增大体系的黏度，可提高乳液的 稳定性，加入一些增稠剂，除提高连续相的黏度外，都会在不同程度上改变 油、水、表面活性剂之间的界面作用力和相平衡，它的影响是多方面的。 不同的单体体系，不同的烃类介质、乳化体系、引发体系，对反相乳液聚 合的稳定性、聚合动力学、乳胶粒子的大小、分布及结构都有明显的影响。 1.5 本论文研究的主要内容 本论文旨在研究用反相乳液聚合制备淀粉微球的方法及微球的性能。现已 合成的微球普遍存在机械强度较差、球形结构欠佳等问题,使微球在载药、释 药稳定性等方面存在较大的缺陷，而用该方法获得的淀粉微球具有良好稳定 性，其载药、释药性能得到改善,对于更深入开展淀粉微球应用性研究,提高其 在现代药物制剂技术中的实际应用价值,拓展其应用领域都有着重要的意义。 本论文采用反相乳液聚合法,以环氧氯丙烷为交联剂,在 Span60 乳化剂的作 用下,得到具有立体网状结构、较高骨架强度、可生物降解性的淀粉微球,主要 考察了油水相体积比、乳化剂用量、交联剂种类和用量、淀粉浓度和反应时 间，对次甲基蓝的吸附量的影响以及对微球平均粒径和溶胀度的影响，并找 出最佳的实验条件。 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 13 第二章第二章 实验部分实验部分 2.1 实验原料 可溶性淀粉分析纯沈阳新兴试剂厂 氢氧化钠分析纯沈阳市新西试剂厂 无水乙醇分析纯沈阳市新西试剂厂 丙酮分析纯天津市富宇精细化工有限公司 Span60化学纯沈阳市新西试剂厂 环氧氯丙烷分析纯沈阳市新西试剂厂 次甲基蓝分析纯北京化工厂 金龙鱼牌大豆油市售 可溶性淀粉分析纯沈阳新兴试剂厂 2.2 实验仪器和设备 数字显示转速电动搅拌器JB90-S上海标本模型厂 离心机TGL-16G上海安亭科学仪器厂 电热恒温水浴锅HH-S巩义市英峪予华仪器厂 电子天平JA2003 N上海精密科学仪器有限公司 真空干燥箱DZF-6050上海恒科技有限公司 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 14 傅立叶变换红外光谱仪Spectrum One-B 美国铂金埃尔默仪器有限公司 (PE) 台式离心机TGL-16G上海安亭科学仪器厂 可见光分光光度计721 型上海第三分析仪器厂 多头磁力搅拌器HJ-6巩义市英峪予华仪器厂 扫描电镜ZSM-6460LV日本 JEOL 公司 三口烧瓶250ml 常规玻璃仪器 2.3 淀粉微球的制备 2.3.1 淀粉溶液的配制 取一定量的可溶性淀粉，加入蒸馏水，调匀，用2 mol/L NaOH 溶液调pH 值到12，放到多头磁力搅拌器上加热搅拌，糊化30min至透明，冷却待用。 糊化温度控制在85以内。 2.3.2 乳化阶段 在三口烧瓶中加入一定量的大豆油然后加入Span60，放入恒温水浴装置中 加热至60 使Span60 完全溶解，在搅拌速度305r/min下，将配制好的淀粉溶 液缓慢加入（约一小时） 。 2.3.3交联阶段和后处理： 当淀粉溶液滴加完毕，在搅拌速度305r/min下，将液珠分散。30min后，加 入环氧氯丙烷，在60条件下，反应一段时间。然后离心分离，分去油相， 再用乙醇洗涤五次，每次用20ml，每次离心洗涤15min，最后用丙酮 1.5ml2ml将产品覆盖，于干燥箱中进行干燥。 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 15 2.4 产物的表征与反应的评价 2.4.1 吸附性能 2.4.1.1 次甲基蓝标准曲线的绘制 准确称取次甲基蓝粉末0.001、0.002、0.003、0.004、0.005 g，溶解后移入 1000 mL 的容量瓶中，并用蒸馏水定容至刻度得浓度为 0.001、0.002、0.003、0.004、0.005 g/L 的次甲基蓝溶液。 用蒸馏水为空白调零，在664.5 nm 波长下,用1 cm 比色皿测定吸光度。 将测定的结果作亚甲基蓝浓度与吸光度曲线(如图)，以最小二乘法进行 线性回归，得到亚甲基蓝浓度(C)与吸光度(A)的关系为： A=191.83C+0.0224 相关系数 R2=0.9916，表明亚甲基蓝浓度标准工作曲线在测定范围内线 性关系良好。 图1 亚甲基蓝标准曲线 2.4.1.2 淀粉微球吸附性能的测定 取完全干燥后的淀粉微球0.100g ,加入到510-5mol/L次甲基蓝溶液10mL , 充分搅拌吸附1h，抽滤，用721型分光光度计测滤液的吸光度。通过次甲基蓝 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 16 的标准曲线计算出微球的吸附量。将测出的吸光度代到公式 A=191.83C+0.0224中，计算出经淀粉微球吸附后次甲基蓝的浓度。 计算过程如下： A=191.83C1+0.0224 M1=(C1-C2)10 B=M1/M2 A滤液的吸光度； C1吸附后的次甲基蓝浓度(g/L)； C2吸附前的次甲基蓝浓度(g/L)； M1被吸附的次甲基蓝质量(mg)； M2淀粉微球的质量（g） ； B吸附量(mg/g)。 2.4.2 微球溶胀度测定 称取样品0.5g 置于100mL 烧杯中,加入蒸馏水25mL, 放入恒温水浴中,稍 加搅拌,在8285 溶胀2min, 取出冷却至室温。倾去上层清液,用滤纸吸去 样品表面多余水分后迅速称重,得湿重m1(g)。将样品在105 下干燥后称重,得 干重m2(g)。 溶胀度(%) 按下式计算: 溶胀度=m1/m2100% 2.4.3 粒径大小和分布的确定 以水作溶剂，将适量淀粉微球分散于小烧杯中，用超声波分散5min， 使淀粉微球分散均匀后，将其倒入粒度分析仪的大烧杯中测定淀粉微球的粒 径和粒度分布。 2.4.4 红外光谱测定 将淀粉、淀粉聚合物微球样品制成KBr 压片,进行红外吸收测量,记录 4004000cm- 1范围的红外光谱图,分析其差异和变化。 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 17 2.4.5 扫描电镜观测 将微球真空镀金制样后用扫描电镜观测形貌、大小及分布状况。比较差 异和变化。 第三章第三章 结果与讨论结果与讨论 3.1 确定各水平因素对吸附量的影响 通过查阅资料15-19及实验探索阶段结果可知，反相乳液法制备淀粉微球 过程中，影响淀粉微球吸附量、平均粒径和溶胀度的因素很多，固定其他条 件，依次改变油水相体积比、乳化剂用量、交联剂种类和用量、淀粉浓度和 反应时间，考察其对次甲基蓝的吸附量的影响以及对微球平均粒径和溶胀度 的影响。 3.1.1 油水比对吸附量的影响 当其他条件不变时，油水比对吸附量的影响如图 3.1 所示,淀粉微球对次 甲基蓝的吸附量随油相的用量先增大而后减小,油水比为 4:1 时，其吸附量最 大(每克淀粉微球对次甲基蓝的吸附量为 1.822mg/g) 。 在反相微乳液体系中,油水比太小会使颗粒在聚合过程中发生碰撞而得不 到规则的球体；油水比过大不仅会降低设备利用率、增大能耗，而且在相同 的交联剂用量的情况下，会使交联剂的浓度降低，从而淀粉得不到很好的交 联。 2:13:14:15:16:1 1.70 1.72 1.74 1.76 1.78 1.80 1.82 1.84 吸附量/(mg/g) 油水比ml/ml 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 18 图3.1 油水比对吸附量的影响 注：交联剂用量0.5ml，乳化剂 0.9g ，淀粉浓度4%，反应时间4h 3.1.2 乳化剂用量对吸附量的影响 用 Span60 作为乳化剂，其用量对淀粉微球吸附性能的影响如图 3.2 所示， 可见当乳化剂用量在 0.61.0 g 范围内时，随着乳化剂用量的增大，淀粉微球 对次甲基蓝的吸附量先增大后减小，在乳化剂用量为 0.9 g 时所得的淀粉微 球对次甲基蓝的吸附量最大，达到 1.822mg/g 淀粉） 。这是因为乳化剂用量过 少，不能形成稳定的 W/O 乳状液，合成的淀粉微球对次甲基蓝的吸附量较 低；乳化剂用量过大，可能使部分乳化剂黏附在乳滴表面，使淀粉微球的平 均粒径偏大，降低了淀粉微球对次甲基蓝的吸附能力。 0.60.70.80.91.0 1.74 1.75 1.76 1.77 1.78 1.79 1.80 1.81 1.82 1.83 吸附量/(mg/g) 乳化剂用量/g 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 19 图3.2 乳化剂对吸附量的影响 注：交联剂用量0.5ml， 油水比4:1 ，淀粉浓度4%，反应时间4h 3.1.3 交联剂用量对吸附量的影响 交联剂用量对淀粉微球吸附次甲基蓝的量的影响如下图3.3所示。 图3.3 交联剂用量对吸附量的影响 注：乳化剂用量0.9g，油水比4:1，淀粉浓度4%，反应时间4h 如图3.3所示，当乳化剂用量为0.9g，油水比固定在4:1，淀粉浓度4%，反 应时间4h时，淀粉微球对次甲基蓝的吸附量随交联剂用量的增大先增大而后 减小。有图中可以看出，在交联剂用量为0.5 mL 时淀粉微球对次甲基蓝的吸 附量最大（每克淀粉微球对次甲基蓝的吸附量为1.822mg/g） 。交联剂的作用 是将淀粉分子交联成球，其用量直接影响淀粉微球内部的网络结构，从而影 0.20.30.40.50.6 1.64 1.66 1.68 1.70 1.72 1.74 1.76 1.78 1.80 1.82 1.84 吸附量/(mg/g) V(交联剂)/ml 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 20 响微球的吸附性。研究表明：当交联剂的用量过大时反应体系不稳定易结块， 合成的微球虽然吸附速度快但吸附量下降；交联剂用量过小，淀粉得不到很 好的交联也会使吸附量下降。 3.1.4 淀粉浓度对淀粉微球对吸附量的影响 当只改变淀粉浓度时，淀粉微球对次甲基蓝溶液吸附量的影响如下图3.4 所示。 图3.4 淀粉浓度对吸附量的影响 注:乳化剂用量0.9g，油水比4:1，交联剂用量0.5ml，反应时间4h 由图 3.4 可见，当其他因素不变时，随着淀粉浓度的增大，淀粉微球对次 甲基蓝的吸附量呈先增大后减小的趋势。从图中可看出：在淀粉浓度为 4% 时淀粉微球对次甲基蓝的吸附量最大（每克淀粉微球对次甲基蓝的吸附量为 1.822mg/g） 。 12345 1.72 1.74 1.76 1.78 1.80 1.82 1.84 吸附量/(mg/g) 淀 粉浓度/% 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 21 造成这种现象的原因是淀粉溶液作为水相在表面活性剂的作用下分散在油 相中形成微乳液体系。当其浓度过高时，淀粉溶液因太黏稠而得不到很好的 分散，不能形成微乳液体系。溶液浓度太低，淀粉链之间又不能很好地进行 交联反应。 3.1.5 反应时间对吸附量的影响 反应时间对次甲基蓝溶液吸附量的影响如下图3.5所示。 图3.5 反应时间对吸附量的影响 注：乳化剂用量0.9g，油水比4:1，交联剂用量0.5ml，淀粉浓度 4% 自由基引发聚合反应中, 反应时间通常取引发剂半衰期的 23 倍。图 3.5 表明, 在反应的初期, 随反应时间的增加, 淀粉微球的吸附量急剧增加, 在 4h 后趋于缓和。这是因为在反应时间较短时，交联时间不充分，淀粉不能很好 的交联成球，所以吸附量较低；当反应时间达到一定阶段，反应进行得很充 23456 1.72 1.74 1.76 1.78 1.80 1.82 吸附量/(mg/g) 反 应 时间/h 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 22 分，交联状况不再改变，故而吸附量变化不大，趋于稳定。 3.2 影响淀粉微球溶胀度的因素 3.2.1 油水两相体积比的影响 由图 3.6 可看出，随着油水比的增大，溶胀度呈减小趋势，但变化的范围 不大。这是因为油水比增大，水相液滴被分散的越来越小，故微球的溶胀度 小。 图3.6 油水比对溶胀度的影响 注：交联剂用量0.5ml，乳化剂 0.9g ，淀粉浓度4%，反应时间4h 3.2.2 乳化剂用量的影响 如图 3.7 所示，随着乳化剂用量的增加，淀粉微球的溶胀度先增加后减小。 这是由于乳化剂用量较小时，不易形成稳定的乳化液体系，生成的微球吸附 0.60.70.80.91.0 270 280 290 300 310 320 330 340 350 溶胀度/% 乳化剂/g 2:13:14:15:16:1 200 220 240 260 280 300 溶胀度/% 油水比/(ml/ml) 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 23 图3.7 乳化剂用量对溶胀度的的影响 注：交联剂用量0.5ml， 油水比4:1 ，淀粉浓度4%，反应时间4h 性能较差。反之，当乳化剂用量过高时，乳化剂黏附在液滴表面，影响淀粉 微球的溶胀，从而使得溶胀度降低。 3.2.3 交联剂用量的影响 如下图 3.8 所示，溶胀度随交联剂用量的增加而减小。这是因为交联剂用 量少时,淀粉分子交联不充分，所以溶胀度高；而当交联剂用量增加时，交联 程度也增加，微球刚性增大，故溶胀度变低 。 图3.8 交联剂用量对溶胀度的影响 注：乳化剂用量0.9g，油水比4:1，淀粉浓度4%，反应时间4h 0.20.30.40.50.6 240 260 280 300 320 340 360 380 溶胀度/% V(交联剂)/ml 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 24 3.2.4 淀粉浓度的影响 如图 3.9 所示,微球的溶胀度随淀粉溶液浓度的增加而减小。这是由于， 当淀粉溶液浓度较低时，所得淀粉微球粒径较小，因此微球的溶胀度较大。 但是淀粉溶液的浓度也不易过低，过低浓度的溶液将会导致淀粉微球的产率 较低。 图3.9 淀粉浓度对溶胀度的影响 注：乳化剂用量0.9g，油水比4:1，交联剂用量0.5ml，反应时间4h 3.2.5 反应时间的影响 如图 3.10 所示，随反应时间的增大溶胀度明显降低。这是因为在反应初期， 交联度较小，因而溶胀度大。随着反应时间的增加，交联度不断增大，微球 刚性增加，故溶胀度降低。 23456 260 280 300 320 340 360 380 400 420 溶胀度/% t/h 12345 1.72 1.74 1.76 1.78 1.80 1.82 1.84 吸附量/(mg/g) 淀 粉浓度/% 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 25 图 3.10 反应时间对溶胀度的影响 注：乳化剂用量0.9g，油水比4:1，交联剂用量0.5ml，淀粉浓度 4% 3.3 影响淀粉微球平均粒径的因素 3.3.1 油水两相体积比的影响 从图 3.11 中可以看出：随着油水体积比例的增大，微球的平均粒径减小， 尤其当油水体积比大于 4:1 时，微球粒径明显降低。这主要是因为当油水比 逐步地增大时，水相液滴被分散的越来越小，已经具有乳液法的特点，因此 粒径越来越小。 2:13:14:15:16:1 10 20 30 40 50 60 平均粒径/m 油水比/(ml/ml) 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 26 图 3.11 油水两相体积比对淀粉微球平均粒径的影响 注：交联剂用量0.5ml，乳化剂 0.9g ，淀粉浓度4%，反应时间4h 3.3.2 乳化剂用量的影响 图3.12表明,随着乳化剂用量增加,微球平均粒径减小。乳化剂用量过少,不 能形成稳定的反相乳液体系,油相中的小液滴聚集而形成较大的液滴,导致微 球粒径偏大。 图 3.12 乳化剂对淀粉微球平均粒径的影响 注：交联剂用量0.5ml， 油水比4:1 ，淀粉浓度4%，反应时间4h 3.3.3 交联剂用量的影响 0.20.30.40.50.6 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 平均粒径/m 交联剂/g 0.60.70.80.91.0 38 39 40 41 42 平均粒径/m 乳化剂/g 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 27 图 3.13 交联剂对淀粉微球平均粒径的影响 注：乳化剂用量0.9g，油水比4:1，淀粉浓度4%，反应时间4h 如图3.13所示，随着交联剂用量增加，微球的平均粒径显著增大。这是 因为交联剂的作用是将淀粉交联成球,所以它的用量直接影响成球进程。若交 联剂用量过小，则淀粉分子交联不充分，所得微球粒径和产量都会下降；若 是交联剂用量过多，则会导致均聚物的竞聚率增大，产物中夹杂较多均聚物， 使产品的粒度分布变宽 3.3.4 淀粉浓度的影响 图3.14表明，随着淀粉溶液中淀粉质量分数的增加，淀粉微球的平均粒径 增加。通常分散在微胶束内的淀粉分子数目越少,就越有利于淀粉交联反应形 成粒径小的微粒,但是淀粉质量分数过低会使微球产量下降。 12345 36 37 38 39 40 41 平均粒径/m 淀 粉浓度/% 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 28 图 3.14 淀粉浓度对淀粉微球平均粒径的影响 注：乳化剂用量0.9g，油水比4:1，交联剂用量0.5ml，反应时间4h 3.3.5 反应时间的影响 如上图 3.15 所示，随着反应时间的增长，淀粉微球的平均粒径也在增大， 到一定程度后趋于稳定, 这说明随着反应的进行，微球的交联度逐渐增大， 然后逐渐趋于稳态，因而粒径变化趋于平缓。 图3.15 反应时间对微球平均粒径的影响 注：乳化剂用量0.9g，油水比4:1，交联剂用量0.5ml，淀粉浓度 4% 23456 40 42 44 46 48 50 52 平均粒径/m 反应 时间/h 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 29 3.4 淀粉微球红外光谱分析 由图3.16、图3.17可知,两条谱线在3 400cm-1处都出现强而宽的OH伸缩振 动吸收带,说明在交联前后官能团OH都存在。图3.16中2927 cm-1处归属于淀 粉葡萄糖单元中的CH伸缩的吸收峰,随着长碳链的引入向高波数方向移动。 图3.17中，1 000 1 160 cm-1处振动光谱峰形发生了变化,峰强度增加,是由环 氧氯丙烷与淀粉交联过程中形成醚键引起的。 图 3.16 可溶性淀粉的红外光谱图 4000.03000200015001000400.0 0.0 5 10 15 20 25 30 35 40 45.0 cm-1 %T 微 微 微 微 3434.37 2927.55 1646.85 1384.62 1159.60 988.09 850.14 764.81 575.50 1460.301080.35 928.99 710.73 526.71 可溶性淀粉 4000.03000200015001000400.0 0.0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50.0 cm-1 %T 微 微 微 微 3390.18 2923.46 1741.27 1643.01 1371.17 1153.71 1080.01 1025.66 932.55 850.20 761.70 576.28 2853.25 1415.84 1453.07 1243.24 705.14 610.37 525.77 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 30 图3.17 淀粉微球的红外光谱图 3.5 淀粉微球的扫描电镜图像 图3.18 淀粉微球扫描电镜图片 由图3.18可以看出，本实验合成的淀粉微球具有明显的立体网状结构，较 高的骨架强度，但是粒子的分散性不好，大面积的连接成块。这可能是由于 大连工业大学 2010 届本科毕业生论文 31 在合成过程中搅拌速度不够，亦或是后处理过程中干燥不充分引起的，还有 待进一步的研究。 第四章第四章 结论结论 本论文对反相乳液法制备淀粉微球的方法进行了研究，并得到以下结论： (1).实验表明，合成淀粉微球的最佳工艺条件为：油水相体积比4:1、乳化剂 用量为0.009/ml油、环氧氯丙烷0.625ml/g淀粉、淀粉浓度为4%、反应时间 4h。这时所得的淀粉微球吸附性能为1.822mg/g，溶胀度为339%，平