酶法合成芥酸海藻糖酯的分离纯化与表征(完整版)实用资料

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酶法合成芥酸海藻糖酯的分离纯化与表征酶法合成芥酸海藻糖酯的分离纯化与表征（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）王海霞1,2，李舒生1,2，贾承胜*1,2，张晓鸣1,2，冯骉1,2(1.食品科学与技术国家重点实验室,江南大学,江苏无锡214122;2.江南大学食品学院,江苏无锡214122)摘要：脂肪酶催化合成芥酸海藻糖酯产物中可能存在单酯和二酯。采用薄层层析(TLC)和硅胶柱层析分离纯化反应完成液，然后用高效液相色谱(HPLC)、液质谱(HPLC-MS)和核磁共振(NMR)法鉴定了纯化组分的分子结构。TLC分离芥酸海藻糖酯的最佳条件：点样量2μl，以氯仿/甲醇(4:1,V/V)展开约30min，然后用5%硫酸乙醇溶液喷雾、120℃显色20min。硅胶柱层析分离芥酸海藻糖酯的适宜条件：5ml反应液上12mm×600mm硅胶(100～200目)层析柱，流动相为氯仿/甲醇(4:1,V/V)，流速80ml/h，按1管/200s收集洗出液。两种分离组分分别为6'-O-芥酸海藻糖酯和6,6'-关键词：芥酸海藻糖酯；芥酸海藻糖二酯；薄层层析；硅胶柱层析EnzymaticSynthesis,SeparationandCharacterizationofErucoylTrehalosesWANGHai-Xia1,2,LIShu-sheng1,2,JIACheng-sheng*1,2,ZHANGXiao-ming1,2,FENGBiao1,2(1.StateKeyLaboratoryofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi214122,China;2.SchoolofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi214122,China)Abstract:Erucoyltrehaloseswhichweresynthesizedusingimmobilizedlipasemaycontainmonoesteranddiester.Thereactionmixturewereseparatedandpurifiedbythethinlayerchromatography(TLC)andsilicagelcolumnchromatography,thenthepurifiedproductswereanalyzedbyHPLC,HPLC-MS,andNMR.TheoptimumconditionsforTLCwereconfirmed:2μlofthereactionmixturewereappliedtosilicagelGplates,developedbychloroformmethanol(4:1,V/V),andthendetectedbysprayingwith5%ofsulfuricacidinethanolandheatedat120oCfor20min.Theoptimumconditionsforsilicagelcolumnchromatographywere:5mlofthereactionmixturewasappliedto12mm×600mmsilicagelcolumn(100～200mesh)andchloroform-methanol(4:1,V/V)wasusedasmobilephase,whoseflowratewas80ml/h,theeluentof1tube/200swascollected.Thepurifiedproductswere6'-O-erucoyltrehalosesand6,Keywords：erucoyltrehaloses,dierucoyltrehaloses,TLC,silicagelchromatography基金项目:江苏省自然科学基金项目(BK2021100)；国家863计划项目(2006AA10Z312)。*通讯作者:贾承胜(1968-)，男，安徽太湖人，理学博士，副教授，主要从事食品化学研究。Email:chshjia@海藻糖是由两个葡萄糖分子以α,α,1,1-糖苷键构成的非还原性糖，广泛存在于自然界中许多动植物和微生物体内[1,2]，随着工业化海藻糖年产量的不断增加，其低甜度、稳定性、安全性、抗腐蚀性，抗肿瘤活性等独特的生物学性质为人日渐重视[3,4]，在食品、化工、医药、化妆品工业中的应用日趋广泛[4,5]。市场的需求和发展推动其应用范围的拓展和技术的革新。近年来，各类海藻糖衍生物产品不断上市，其中，海藻糖酯在食品加工中具有很多优越性质，深受市场青睐，因而被大量研究和制备[4,8]。目前，糖酯类非离子型表面活性剂的合成多采用化学法，但化学法常伴随副反应，产物成分复杂，而酶法反应条件温和、立体选择性强、产物分离纯化简单，应用前景较之广阔[6-9]。尽管市场上已出现工业化的饱和脂肪酸糖酯，但有关海藻糖不饱和酸酯的合成却鲜有报道，尤其是海藻糖长链不饱和脂肪酸酯的制备还未见报道。芥酸是顺式-13-二十二碳烯酸，芥酸海藻糖酯酶促合成反应产物是芥酸海藻糖单酯、二酯和多酯的混和物，故产物的有效分离是制备不同酯化度的芥酸海藻糖酯的基础。薄层层析法(TLC)具有分离能力强、快速、灵敏度高和显色方便等优点，适用于多组分、含量少的复杂样品分析，但不能连续操作。硅胶柱层析既具有TLC分离的优点，又能适用于较大量样品的连续分离和纯化。本实验首先探索TLC分离海藻糖糖芥酸酯的最佳条件，并将之应用于产物的硅胶柱层析分离，然后用高效液相色谱、质谱、红外光谱和核磁共振对其纯度和结构进行分析表征，为规模化生产和研究提供理论依据。1材料与方法1.1原料和试剂固定化脂肪酶(Novozym435)：诺维信（中国）生物技术；1/16″分子筛（3A）：上海恒业分子筛；硅胶G(分析纯)：青岛海洋化工厂；海藻糖：日本林原株式会社；芥酸：四川西普化工股份；叔丁醇、三氯甲烷、甲醇(分析纯，色谱纯)和硅胶(分析纯，柱层析用)：中国医药集团上海化学试剂公司。1.2仪器SHZ-88型台式水浴恒温振荡器：江苏太仓市实验设备厂；扩口层析柱：上海锦华层析设备厂；Waters1525高效液相色谱仪和Waters2420蒸发光散射检测器：Waters中国；Agilent1100型高效液相色谱仪：美国Agilent公司；WATERSMALDISYNAPTQ-TOFMS型质谱仪：美国Waters公司；AVANCEIII400MHz核磁共振仪：瑞士Bruker公司。1.3实验方法1.3.1芥酸海藻糖酯的脂肪酶催化合成方法取1.5mmol海藻糖、6mmol芥酸、8g3A1/16分子筛、1.5g脂肪酶和100ml叔丁醇于具塞试剂瓶中55℃下水浴振荡(1501.3.2芥酸海藻糖酯的薄层层析(TLC)分离方法将硅胶G用约3倍质量的水调成均匀的糊状，倒于60mm×120mm层析板上，制成厚度约2mm的均匀的薄板，自然晾干后110℃活化1h，置于干燥器中备用。用10μl微量进样器取5μl反应液或直接用点样毛细管取反应液点于薄板的近底端。用三氯甲烷/甲醇(8:1或4:1，V/V)展开15min，然后用1.3.3芥酸海藻糖酯的芥酸海藻糖酯酶促反应结束后，反应液用滤纸过滤，除去其中的分子筛和酶(均回收)，用旋转蒸发器将溶剂叔丁醇蒸干，加入5ml三氯甲烷溶解后上硅胶层析柱(硅胶100～200目，12×600mm玻璃柱)分离。流动相为三氯甲烷/甲醇(4:1,V/V)，流速为80ml/h，按1管/200s收集洗出液。洗出液经TLC检测后，分段收集相应组分。将收集的组分旋转蒸发除去洗脱剂，所得固体产品放入1.3.4芥酸海藻糖酯将约1.0mg样品或0.5ml反应液，溶于10ml色谱甲醇中，用0.45μm的滤膜过滤后，取10μl滤液上色谱柱分析。色谱条件：ZorbaxSB-C18(5μm,250mm×4.6mmi.d)色谱柱，流动相为甲醇：正己烷(90:10，V/V)，流速1.0ml/min，柱温30℃，漂移管温度40℃，检测器ELSD1.3.5芥酸海藻糖酯样品的IR光谱采用TMS法，扫描64次，分辨率为4cm1.3.6芥酸海藻糖酯样品用色谱纯甲醇溶解，然后进行HPLC-MS分析。质谱条件：离子方式为ESI+；毛细管电压为3.5kV；锥孔电压为20V；离子源温度为100℃；脱溶剂温度为250℃；质量范围为50～1000m/z；光电倍增器电压为700V；分析真空度为2.6×10-5mBar；以N2为载气，气体流速为50l/h。色谱条件：检测器：WATERSACQUITYPDA；分析柱：BEHC182.1×100mm1.7μm；流动相：纯甲醇；柱温：45ºC；检测波长：200-750nm；流速：0.3ml/min；进样量：51.3.7芥酸海藻糖酯以四甲基硅为内标、氘代甲醇为溶剂，1HNMR和13CNMR在40℃分别采用400MHz和100MHz2结果与讨论2.1芥酸海藻糖酯的TLC分离影响TLC分离效果的因素主要有展开剂的极性、吸附剂的活性和被分离物质的极性。待分离组分芥酸海藻糖酯的极性和硅胶的吸附能力都是恒定的，因此主要通过改变展开剂的极性来提高组分的分离效果。不同展开剂对芥酸海藻糖单酯和二酯的TLC比移值(Rf)的影响见表1。表1展开剂组成对芥酸海藻糖酯比移值的影响Tab.1EffectofdevelopingsolventontheRfvaluesofTLCforerucoyltrehaloses糖酯Rf氯仿/甲醇(8:1,V/V)氯仿/甲醇(4:1,V/V)芥酸海藻糖单酯0.120.40芥酸海藻糖二酯0.550.95由表1可知，改变展开剂的组成可改变组分的比移值，这是由于芥酸海藻糖单酯和二酯分子的极性不同导致在氯仿和甲醇的溶解度不同，从而具有不同的分配系数。可知，当氯仿与甲醇的体积比为8:1时，芥酸海藻糖单酯和二酯的Rf分别为0.12和0.55，而在4:1时，芥酸海藻糖单酯和二酯的Rf分别为0.40和0.95，差异都非常明显，即该两种展开剂组成都可将芥酸海藻糖单酯和二酯明显地分离。2.2芥酸海藻糖酯的柱层析分离TLC分离方法不能适用于较大批量物料的分离和产品的制备。柱层析的分离原理与TLC相同，用薄层层析法探索柱层析分离纯化条件，是实验室的常规方法。柱层析采用溶剂洗脱的方式对产品进行分离纯化，可对物料进行连续化分离来制备较大量的不同酯化度的芥酸海藻糖酯。由于采用薄层层析法对产物芥酸海藻糖酯进行分离分析时，在所选用的展开条件下获得了较好的分离效果，因此，将薄层层析分离条件应用于硅胶柱层析进行制备柱分离，以获得分离和制备芥酸海藻糖单酯和二酯的目的。硅胶柱层析分离芥酸海藻糖酯的结果图1。图1表明，硅胶柱层析能将反应混合物分离成a,b,c,d四个组分，依次为：芥酸、二酯、单酯和海藻糖。00102030405060管数abcd图1芥酸海藻糖酯硅胶柱层析分离Fig.1Seperationoferucoyltrehalosesonsilicagelcolumn2.3芥酸海藻糖酯的HPLC在叔丁醇中脂肪酶催化合成芥酸海藻糖酯的反应液和柱层析分离的二酯的HPLC图分别为图2(a)和图2(b)。由图2(a)可知，芥酸海藻糖酯的酶催化合成反应液中主要含有单酯（2.8min）和未反应的原料海藻糖（2.0min）和芥酸（4.5min），由于反应中芥酸过量，含量较多，而生成二酯的含量较少，在液相图中未出峰。(a)反应液的HPLC图谱(b)硅胶柱分离二酯组分b的HPLC图谱图2反应液和硅胶柱分离的二酯组分的HPLC图谱Fig.2HPLCofreactionmixtureanddiestercomponentseparatedbysilicagelcolumnchromatography2.4芥酸海藻糖酯的IR芥酸海藻糖单酯的红外图谱如图3(a)所示，3364.25cm-1的宽峰为O-H键的伸缩振动(νO-H)吸收峰，2923.29cm-1和2853.00cm-1分别为C-H的不对称伸缩振动(νas)和对称伸缩振动(νs)吸收峰，1718.11cm-1处的强吸收峰为羰基的振动吸收(νC=O)，是酯的特征吸收峰，～1100cm-1为C-O的不对称伸缩振动(νC-O-C)吸收峰。芥酸海藻糖二酯的红外图谱如图3(b)所示，同样，3393.93cm-1为O-H的伸缩振动吸收峰，2922.52cm-1和2852.60cm-1分别为C-H的不对称伸缩振动和对称伸缩振动吸收峰，1152.94cm-1和1082.07(a)芥酸海藻糖单酯的IR图谱(b)芥酸海藻糖二酯的IR图谱图3芥酸海藻糖单酯和二酯的IR图谱Fig.3IRspectraofmonoerucoyltrehaloseanddierucoyltrehalose2.5芥酸海藻糖酯的(HPLC-MS)将柱层析分离组分芥酸海藻糖二酯和芥酸海藻糖单酯进行HPLC-MS分析，质谱图见4和5。图4中出现的[M+Na]+的质谱信号峰为685.4，所对应的M值与芥酸海藻糖单酯的分子量662相符合，该组分确证为芥酸海藻糖单酯。图5中出现的[M+Na]+的质谱信号峰分别为1005.6591，所对应的M值与芥酸海藻糖二酯的分子量想符合，因此该组分确证为芥酸海藻糖二酯。图4芥酸海藻糖单酯的质谱图Fig.4MSspectraofmonoerucoyltrehalose图5硅胶柱分离组分芥酸海藻糖二酯b的质谱图Fig.5MSspectraofdierucoyltrehalose2.6芥酸海藻糖酯的NMR6-O-芥酸海藻糖酯:1HNMR(δ,ppm)5.34(2H,m),5.10(1H,d,J=3.6Hz,),5.07(1H,d,J=3.6Hz),4.37(1H,dd,J=12.0,2.4Hz),4.20(1H,dd,J=12.0,5.6Hz),4.04-4.00(1H,m),3.84-3.76(4H,m),3.67(1H,dd,J=12.0,5.6Hz),3.49(1H,t,J=4.0Hz),3.46(1H,t,J=4.0Hz),3.35(2H,m),2.34(2H,t,J=7.4Hz),2.03(4H,m),1.62(2H,m),1.30(28H,m,),0.90(3H,t,J=6.8Hz);13CNMR(δ,ppm)174.32,129.78,129.71,94.23,94.12,73.73,73.55,72.73,72.17,72.11,70.97,70.89,70.42,63.36,61.61,33.98,31.90,29.68,29.55,29.46,29.42,29.26,29.22,29.17,29.05,6,6'-di-O-芥酸海藻糖二酯:1HNMR(δ,ppm)5.39-5.31(4H,m),5.05(2H,d,J=3.7Hz),4.37(2H,dd,J=11.8,2.0Hz),4.20(2H,dd,J=11.8,5.4Hz),4.04-4.00(2H,m),3.77(2H,t,J=9.3Hz),3.47(2H,dd,J=9.7,3.8Hz),3.35(2H,m),2.34(4H,t,J=7.4Hz),2.03(8H,m),1.63(4H,m),1.33-1.29(56H,m),0.90(6H,t,J=6.9Hz);13CNMR(δ3结语芥酸海藻糖酯酶法合成反应液的TLC分析条件为：点样量2μl，以氯仿/甲醇(4:1,V/V)展开约30min，用5%硫酸乙醇溶液喷雾，120℃显色20min；硅胶柱分析芥酸海藻糖酯的最佳条件为：5ml反应液上12mm×600mm硅胶(100～200目)层析柱，流动相为氯仿/甲醇(4:1,V/V)，流速80ml/h，按1管/200s收集洗出液，收集到的组分依次为：芥酸、二酯、单酯和海藻糖。通过采用HPLC-MS和NMR对硅胶柱分离得到的两种产物进行结构鉴定，确定两种产物分别为6'-O-芥酸海藻糖酯和6,6'-参考文献(References):[1]彭亚锋,周耀斌,李勤,等.海藻糖的特性及其应用[J].中国食品添加剂,2021(1):65-69.PENGYa-feng,ZHOUYao-bin,LiQing,etal.Applicationprospectoftrehalose[J].Chinafoodadditives,2021(1):65-69.[2]WuCF,TsungHC,ZhangWJ,etal.Improvedcryopreservationofhumanembryonicstemcellswithtrehalose[J].ReprodBiomedOnline,2005,11(6):733-739.[3]GancedoCarlos,FloresCarmen-Lisset.Theimportanceofafunctionaltrehalosebiosyntheticpathwayforthelifeofyeastsandfungi[J].FEMSYeastResearch,2004,4(4-5):351-359.[4]FilipaS.Cardoso,PaulaGaspar,JeroenHugenholtz,etal.Enhancementoftrehaloseproductionindairypropionibacteriathroughmanipulationofenvironmentalconditions[J].InternationalJournalofFoodMicrobiology,2004,91(2):195-204.[5]TarekEl-Bashiti,HalukHamamcı,HüseyinA.Biochemicalanalysisoftrehaloseanditsmetabolizingenzymesinwheatunderabioticstressconditions.PlantScience[J].2005,169(1):47-54.[6]孙月娥,夏文水,陈洁.非水相酶法合成亚油酸海藻糖单酯工艺的研究[J].食品与机械,2021,25(3):5-9.SUNYue-e,XIAWen-shui,CHENJie.Lipase-catalyzedsynthesisofmonolinoleoyltrehaloseinnon-aqueousmedia[J].FoodandMachinery,2021,25(3):5-9.[7]ChenJie,KimuraYukitaka,AdachiShuji.Synthesisoflinoleoyldisaccharidesthroughlipase-catalyzedcondensationandtheirsurfaceactivities[J].JournalofBioscienceandbioengineering,2005,100(3):274–279.[8]RakuM,KitagawaH,ShimakawaY,etal.Enzymaticsynthesisoftrehaloseestershavinglipophilicity[J].JournalofBiotechnology,2003,100(3):203-208.[9]刘巧瑜,贾承胜,蒋平平.麦芽糖月桂酸酯的分离纯化与结构鉴定[J].食品科学,2007,28(10):464-467.LIUQiao-yu,JIACheng-sheng,JIANGPing-ping.Separation,purificationandidentificationoflauroylmaltoses.FoodScience,2007,28,(10):464-467.气液分离器(b)第26卷第4期高分子材料科学与工程Vol.26,No.42021年4月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGApr.2021两种海藻酸钙膜的制备及吸水性能郝晓丽,夏延致,王兵兵,纪全,孔庆山,隋坤艳(青岛大学纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培育基地,山东青岛266071摘要:分别采用冷冻干燥法和自然晾干法制备海藻酸钙膜材料,考察比较了两种海藻酸钙膜材料的形貌及吸水性能。海藻酸钙自然晾干膜为无色透明膜,冻干膜为白色海绵膜,且冻干膜与晾干膜相比具有开放、贯通的多孔结构,其孔径介于100Lm~200Lm之间。海藻酸钠质量百分比含量为2%时,晾干膜和冻干膜对蒸馏水的吸水率分别为78.7%和985.0%,经3500r/min离心3min后保水率分别为42.5%和81.8%,两膜材料均具有较好的重复使用性能,其中反复吸水2放水4次后冻干膜的吸水率仍高达869.4%。关键词:海藻酸钙;冷冻干燥;多孔膜;吸水性能收稿日期:2021207221基金项目:国家自然科学基金资助项目(50673046海藻酸钠是从海带等褐藻中提取的一种天然多糖,是由a2L2古罗糖醛酸和B2D2甘露糖醛酸经a(1-4糖苷键构成的一种无规线型嵌段共聚物[1]。作为一种聚阴离子电解质,海藻酸钠分子链中含有大量游离的羧基和羟基,与金属离子有较强的络合能力,能够通过络合及离子交换,与Ca2+等多价金属阳离子形成稳定的螯合物,海藻酸钙的/蛋2盒0结构模型[2]。鉴于海藻酸盐类良好的成膜性、安全性和可降解性能,其在食品、医药、纺织印染等众多领域已经得到广泛的应用[3~5]。近年来,海藻酸盐在医用敷料、细胞培养、释控载体及水处理等领域的应用研究已成为热点课题,为了提高吸水及吸附性能、增加比表面积和利于细胞组织附着,通常要求高分子膜材料具有开放的多孔结构。文献提及的多孔膜的常规制备方法主要有相转化法、溶胶2凝胶法、模板浸出法和冷冻干燥法等[6~9]。本文采用自然晾干和冷冻干燥方法制备了两种海藻酸钙膜材料,探讨比较了两种膜材料的形貌特征及吸水保水性能,为海藻酸盐多孔膜材料在医用敷料等方面应用提供有力依据。1实验部分1.1材料与仪器LGJ212型冷冻干燥机:北京松源华兴科技发展有限公司;JSM26390LV扫描电镜:日本JEOL公司;AnkeTDL240B型离心机:上海安亭科学仪器厂;海藻酸钠:青岛明月海藻集团,食品级;其它化学试剂均为分析纯,所用水为蒸馏水。1.2海藻酸钙晾干膜的制备配制质量百分数为2%的海藻酸钠水溶液,静置24h消泡备用。称取一定量海藻酸钠溶液浇铸于培养皿中,室温(约20e下自然晾干成膜,经5%氯化钙充分交联,蒸馏水多次冲洗后,干燥得海藻酸钙晾干膜。1.3海藻酸钙冻干膜的制备称取一定量经消泡的2%海藻酸钠溶液浇铸于培养皿中,低温(-5e下经预冻成型,待试样完全冻结后放到真空冷冻干燥箱中,-55e抽真空冷冻干燥得到海藻酸钠多孔膜。经5%氯化钙充分交联,蒸馏水多次冲洗,干燥得海藻酸钙冻干膜。1.4扫描电子显微镜分析(SEMJSM26390LV型扫描电镜观测海藻酸钙膜的表面形貌,扫描样品经喷金处理,扫描电压为2021kV。1.5吸水率测试裁取1cm@1cm的膜材料,称干质量为Md(g,浸入蒸馏水中24h后取出,滤纸迅速吸去表面水分,称湿质量为Mw(g,吸水率按式(1计算:吸水率=Mw-MdMd(11.6保水率测试吸水率测试后的样品放入离心管内,经3500r/min离心3min后取出,称量为Mh(g。保水率按式(2计算:保水率=Mh-MdMd(21.7重复使用率评价重复使用率指样品放水后重复吸水的能力,即将吸水率测试后的试样干燥至恒量,重复1.5节的吸水率测试。2结果与讨论2.1膜材料的形貌分析Fig.1为海藻酸盐膜材料的外观照片,采用自然晾干法制备的海藻酸钠膜(a为光滑的透明薄膜,交联后的海藻酸钙膜(b表面有一定程度的褶皱,手触感觉较脆。采用冷冻干燥法制备过程中,低温预冻时聚合物高分子链周围的水冷却成冰,冷冻干燥时直接升华形成孔洞结构。所得的海藻酸钠冻干膜(c为白色或乳白色的多孔海绵,表面较为平整,手触感觉富有弹性,柔韧性较好,交联后的海藻酸钙膜(d变薄,为更为致密的多孔海绵。Fig.1Photographsofmembranesa:normal2driedsodiumalginate;b:normal2driedcalciumalginate;c:freeze2driedsodiumalginate;d:freeze2driedcalciumalginate海藻酸钙冻干膜的扫描电镜照片如Fig.2所示,膜材料表面为致密的不规则多孔状结构,孔的形状以圆形或椭圆形为主,孔隙相互贯通,孔径介于100Lm~200Lm之间。多孔结构可为水分子进出提供通道,提示该海绵状冻干膜材料具有较高的吸水保水性能。Fig.2SEMphotosoffreeze2driedmembranea:transversalcross2section;b:pores2.2膜材料的吸水和保水性能高分子膜材料应用于医用敷料和水处理材料时,通常要求具有较好的吸水性能。海藻酸钠浓度为2%时,两种膜材料对蒸馏水的吸水率和保水率结果见Tab.1。海藻酸钙冻干多孔膜对蒸馏水表现出了优异吸水和保水性能。究其原因,吸水率和保水率的大小与高分子膜材料的结构形态密切相关。自然晾干法制备的膜表面有褶皱现象,膜较为致密,通透性较差,影响水分子的进入,故吸水率相对较低。冷冻干燥法所得的膜具有均匀、开放的多孔结构,利于水分子扩散充满孔洞,故吸水率高达985.0%。经3500r/min离心3min后,凝胶网络收缩,材料表面及内部大部分水分被排出,与晾干膜相比,冻干膜由于具有致密的多孔结构,离心后膜内部的孔洞仍能够/储存0较多的水分,保水率达81.8%。Tab.1ThewaterabsorbencyandwaterretentionrateofmembranesSampleWaterabsorbency(%Waterretentionrate(%Normal2dried985.081.82.3膜材料的重复使用率评价Fig.3为两种膜材料在蒸馏水中重复使用后的吸水率测试结果。两种膜材料经过烘干放水后的吸水率有所下降,且吸水率的大小与烘干次数呈负相关,这是因为经过烘干放水,会破坏凝胶膜材料的原始形态,使凝胶膜发生收缩,特别是冻干法制备的膜材料,其孔洞会发生坍塌或粘连,最初开放的孔洞会部分封闭起来。尽管如此,两种膜材料反复吸水2放水4次后吸水率仍144高分子材料科学与工程2021年较高。Fig.3Reusablepropertyofmembranesa:normal2dried;b:freeze2dried3结论分别采用自然晾干法和冷冻干燥法制备了两种海藻酸钙膜材料。其中晾干膜为透明致密膜;冻干膜为多孔海绵状,孔的连通性好且孔径尺寸分布均匀。海藻酸钙冻干膜的吸水保水性能和重复使用性能皆优于晾干膜,在生物医用领域具有广阔的应用前景。参考文献:[1]WINDHUEST,BORCHARDW.Effectofacetylationonphysiochemicalpropertiesofbacterialandalgalalginatesinphysiologicalsodiumchloridesolutionsinvestigatedwithlightscatteringtechniques[J].Carbohydr.Polym.,2003,52:47252.[2]BRACCINII,PEREZS.MolecularbasisofCa2+2inducedgelationinalginatesandpectins:theegg2boxmodelrevisited[J].Biomacromolecules,2001,2(4:108921096.[3]何淑兰,尹玉姬,张敏,等.组织工程用海藻酸盐水凝胶的研究进展[J].化工进展,2004,23(11:117421178.HESL,YINYJ,ZHANGM,etal.Researchadvancesonsodiumalginatehydrogelsfortissueengineering[J].ChemicalIndustryandEngineeringProgress,2004,23(11:1174-1178.[4]张小红,崔英德,潘湛昌.聚丙烯酸/海藻酸钠高吸水性树脂的制备及生物降解性能[J].化工学报,2005,6(6:113421137.ZHANGXH,CUIYD,PANSC.Preparationandbiodegradabilityofacrylicacid/sodiumpolymannuronatesuper2absorbent[J].JournalofChemicalIndustryandEngineering,2005,6(6:113421137.[5]NUSSINOVITCHA,VELEZ2SILVESTRER,PELEGM.Compressivecharacteristicsoffree2driedagarandalginategelsponges[J].Biotechnol.Prog.,1993,9(1:1012104.[6]LEESB,KIMYH,CHONGMS,etal.Studyofgelatin2containingartificialskinV:fabricationofgelatinscaffoldsusingasalt2leachingmethod[J].Biomaterials,2005,26:1961.[7]JINSM,LICZ.Structureandpropertiesofbilayerchitosan2gelatinscaffolds[J].Biomaterials,2002,24:106721071.[8]RATNERBD,HOFFMANAS,SCHOENFJ,etal.Biomaterialsscience:anintroductiontomaterialsinmedicine[M].SanDiego:AcademicPress,2004:218.[9]YOSHIKAWATI.BoneregenerationbygraftingofanautogenousPreparationandPerformanceofTwoKindsofCalciumAlginateMembranesHAOXiao2li,XIAYan2zhi,WANGBing2bing,JIQuan,KONGQing2shan,SUIKun2yan(StateKeyLaboratoryCultivatingBaseofAdvancedFiberMaterialsandModernTextile,QingdaoUniversity,Qingdao266071,ChinaABSTRACT:TwokindsofCalciumalginatemembraneswereobtainedbynormal2driedandfreeze2driedmethodsrespectively.Typicalmorphologiesandpropertieswereevaluated,includingscanningelectronmicroscopy,waterabsorptionrate,retentionrateandrepeatability.Resultsshowthatthenormal2driedmembraneiscolorlessandtransparentmembraneandthefreeze2driedmembraneiswhitesponge.Thefreeze2driedmembranepossessesinterconnectedanduniformporestructure,whoseaverageporesizeis100Lm~200Lm.Theabsorbencyofthenormal2driedmembraneandfreeze2driedmembraneindistilledwateris78.7%and985.0%,andthewaterretentivenessis42.5%and81.8%when3500r/minfor3minutes.Twokindsofmembranesbothcanberepeatedlyutilized.Theabsorbencyoffreeze2driedmembranekeepsstill869.4%asrepeated4times.Keywords:calciumalginate;freeze2drying;porousmembrane;waterabsorbency145第4期郝晓丽等:两种海藻酸钙膜的制备及吸水性能1.Yeong-BinYang文章中给出的的几何刚度矩阵（推导时忽略了轴向应变中的项）：uxAuyAuzAθxAθyAθzAuxBuyBuzBθxBθyBθzBMzA/l2+MzB/l2-MyA/l2-MyB/l2-MzA/l2-MzB/l2MyA/l2+MyB/l26FxB/5l1.1MyA/l-MyB/10lMxB/lFxB/10-MzA/l2-MzB/l2-6FxB/5l-MyA/10l+1.1MyB/l-MxB/lFxB/10MyA/10-MyB/106FxB/5l1.1MzA/l-MzB/10l-FxB/10MxB/lMyA/l2+MyB/l2-6FxB/5l-MzA/10l+1.1MzB/l-FxB/10-MxB/lMzA/10-MzB/106/5lMzA/10+MzB/5-MyA/10-MyB/5-1.1MyA/l+MyB/10l-1.1MzA/l+MzB/10l-6/5l-MzA/5-MzB/10MyA/5+MyB/10/10/102FxBl/15-MxB/lFxB/10-MzA/10-MzB/5-FxBl/30MxB/2-MzAl/10+MzBl/30MzAl/302FxBl/15-FxB/10-MxB/lMyA/10+MyB/5-MxB/2-FxBl/30MyAl/10-MyBl/30-MyAl/30MzA/l2+MzB/l2-MyA/l2-MyB/l26FxB/5lMyA/10l-1.1MyB/lMxB/l-FxB/10-MyA/10MyB/106FxB/5lMzA/10l-1.1MzB/lFxB/10MxB/l-MzA/10MzB/106/5lMzA/5+MzB/10-MyA/5-MyB/10-/10-/10(SYMMETRICAL2FxBl/15-MzBl/30-MzAl/30+MzBl/102FxBl/15MyBl/30MyAl/30-MyBl/102/15-/302/15表中=Fx(Iy+Iz/A为Wagner系数。2.AuraConci文章中给出的完整几何刚度矩阵（推导时考虑了轴向应变中的项）：uxAuyAuzAθxAθyAθzAuxBuyBuzBθxBθyBθzBFxB/l-(BA+BB/l2-MyA/l-MzA/l-FxB/l(BA+BB/l2-MyB/l-MzB/l-BA/l-BB/l12FxBIz/Al3+6FxB/5l1.1MyA/l-MyB/10lMxB/l6FxBIz/Al2+FxB/10-6FxB/5l-12FxBIz/Al3-MyA/10l+1.1MyB/l-MxB/l6FxBIz/Al2+FxB/10MyA/10-MyB/1012FxBIy/Al3+6FxB/5l1.1MzA/l-MzB/10l-FxB/10-6FxBIy/Al2MxB/l-6FxB/5l-12FxBIy/Al3-MzA/10l+1.1MzB/l-FxB/10-6FxBIy/Al2-MxB/lMzA/10-MzB/1012FxBCw/Al3+6/5lMzA/10+MzB/5-MyA/10-MyB/5BA/l2+BB/l2-1.1MyA/l+MyB/10l-1.1MzA/l+MzB/10l-6/5l-12FxBCw/Al3-MzA/5-MzB/10MyA/5+MyB/106FxBCw/Al2+/106FxBCw/Al2+/102FxBl/15+4FxBIy/Al(2α-1·MxB/2MyA/l-MxB/l6FxBIy/Al2+FxB/10-MzA/10-MzB/52FxBIy/Al-FxBl/30MxB/2-MzAl/10+MzBl/30MzAl/302FxBl/15+4FxBIz/AlMzA/l-FxB/10-6FxBIz/Al2-MxB/lMyA/10+MyB/5-MxB/22FxBIz/Al-FxBl/30MyAl/10-MyBl/30-MyAl/30FxB/l-(BA+BB/l2MyB/lMzB/lBA/lBB/l12FxBIz/Al3+6FxB/5lMyA/10l-1.1MyB/lMxB/l-FxB/10-6FxBIz/Al2-MyA/10MyB/1012FxBIy/Al3+6FxB/5lMzA/10l-1.1MzB/l6FxBIy/Al2+FxB/10MxB/l-MzA/10MzB/1012FxBCw/Al3+6/5lMzA/5+MzB/10-MyA/5-MyB/10-/10-6FxBCw/Al2-/10-6FxBCw/Al2(SYMMETRICAL2FxBl/15+4FxBIy/Al(1-2α·MxB/2-MzBl/30-MzAl/30+MzBl/102FxBl/15+4FxBIz/AlMyBl/30MyAl/30-MyBl/102/15+4FxBCw/Al2FxBCw/Al-/302/15+4FxBCw/Al表中=Fx(Iy+Iz/A为Wagner系数；Cw为截面翘曲常数；BA、BB为单元A端和B端的双力矩。有机硅改性水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液的制备及性能□高明志1,鲍俊杰2,许戈文2(1.安徽省阜阳市中心化验室,安徽阜阳236032;2.安徽大学化学化工学院,合肥230039摘要:采用种子乳液聚合方法合成了具有核壳结构的有机硅改性水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液,TEM测试结果表明,该乳液具有核壳结构。通过共混与共聚体系衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR的比较及表面光电子能谱(ESCA研究证实有机硅链段已被化学键入聚氨酯-丙烯酸酯分子链中,且硅氧烷链段有表面富集的倾向。表面水接触角及耐水性测试结果表明,随着有机硅含量的增加胶膜的水接触角增大,耐水性提高。关键词:聚氨酯;丙烯酸酯;烷羟基聚二甲基硅氧烷;水接触角;核壳结构中图分类号:TQ630.4+1文献标识码:A文章编号:1006-2556(202101-0-04PreparationandPropertyofSilicone-modifiedWaterbornePolyurethane-acrylateEmulsionGaoMingzhi1,BaoJunjie2,XuGewen2(1.FuyangCentralLaboratoryofAnhuiProvince,Fuyang236032,AnhuiProvince;2.CollegeofChemistryandChemicalEngineering,AnhuiUniversity,Hefei230039,AnhuiProvinceAbstract:Usingseedemulsionpolymerizationmethod,wehavepreparedsiliconemodifiedwaterborneacrylatehybridemulsionofcore-shellstructure.TEMtestresultshaveconfirmedthecore-shellstructure.ComparativelyanalyzingtheblendingandcopolymerizationsystembyATR-FTIRandESCA,itisverifiedthatsiliconesegmentshavebeenchemicallybondedtopolyurethane-acrylatemolecularchain,andthesiliconesegmentsareinclinedtoenrichinthesurface.Testingthesurfacewatercontactangleandwaterresistanceshowsthat,withtheincreaseofsiliconecontent,thewatercontactangleoffilmincreasesandthewaterresistanceisimproved.Keywords:polyurethane,acrylate,hydroxyalkylpolydimethylsiloxane,watercontactangle,core-shellstructure0前言水性聚氨酯-聚丙烯酸酯(PUA复合乳液是以水替代有机溶剂作为分散介质发展起来的改性高分子材料。它具有聚氨酯的耐磨损、可裁剪和聚丙烯酸酯的硬度高、耐候性好等特性,及使用安全、无毒、无环境污染等优点。因此,被誉为“第三代水性聚氨酯”。而聚硅氧烷有着优异的耐候性及疏水性,因此长期以来,人们一直试图将聚氨酯与聚硅氧烷加以复合并水性化,以期获得性能优异的绿色环保型改性聚氨酯材料。目前有机硅改性聚氨酯乳液的研究,多以羟基硅油为原料,由于羟基硅油与—NCO形成的Si—O—C键易于水解[1],所以得到的乳液稳定性较差。本文以烷羟基硅油替代羟基硅油,采用先壳后核的种子乳液聚合法合成了稳定的有机硅改性的聚氨酯-丙烯酸酯乳液,通过共聚与共混体系表面红外光谱的比较及表面光电子能谱对其进行了表征,探讨了材料的水接触角与有机硅含量之间的关系及有机硅氧烷的引入对材料的表面性能及耐水性产生的影响。以看出,在1258cm-1(Si—CH3中—CH3对称变形振动、805cm-1(Si—C伸缩及Si—CH3中—CH3平面摇摆振动附近出现PUA谱图中所没有的硅氧烷特征吸收峰,1072cm-1(硅氧烷的Si—O伸缩振动特征吸收峰处的吸收峰相对PUA而言明显增强,这说明HTPS与聚氨酯发生了反应。未经处理的PUS8胶膜与处理过的wPUS8胶膜的谱图几乎完全相同,则说明了体系中HTPS与二异氰酸酯反应完全[2]。另外,通过PUS8和rPUS8谱图的比较不难发现,在PUS8谱图中表征硅氧烷的1258cm-1、805cm-1、1072cm-1处的吸收峰强于rPUS8谱中的相应吸收峰。这说明在聚合物固化过程中,发生了低表面能链段有机硅的向外择优取向[3-4]。另外,PUS8及wPUS8在2965cm-1甲基不对称伸缩振动峰强于2923cm-1处亚甲基不对称伸缩振动峰,而在PUA和rPUS8谱图中则恰好相反,这可能也是由于硅氧烷链段的表面富集导致表层甲基浓度增大所致。2.3表面光电子能谱测试结果分析图3是有机硅改性聚氨酯胶膜的ESCA谱图,其中Si元素2p峰和2s峰的存在进一步说明了在聚合过程中聚硅氧烷二元醇和二异氰酸酯发生了反应,作为软段键合到了聚氨酯链上。图4为在不同发射角下所测得的Si原子含量(发射角与测试深度成正比,由图4可知,胶膜表面硅原子的含量远远大于理论计算值(bulk,且随着发射角的增大,Si原子的分析含量降低,即在PUAS胶膜中Si原子呈梯度分布,这显然是聚合物固化过程中,低表3500300025002000PUArPUAS8wPUAS8PUAS8波数/cm-1透过率/%1