专利名称：一种制备羧甲基壳聚糖的方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制备羧甲基壳聚糖的方法及其在制备纳滤膜和治疗胃酸病药物中的应用。
背景技术：
羧甲基壳聚糖是一种重要的水溶性的甲壳素衍生物，可用作化妆品保湿剂，果蔬的保鲜剂，植物生长促进剂，水处理中的絮凝剂及多种药物辅剂。现有的制备羧甲基壳聚糖的方法大多以壳聚糖为原料，用乙醛酸法和氯乙酸法及氯乙酸和乙醛酸联用的方法。乙醛酸法是将适量的壳聚糖溶解在10％的乙醛酸水溶液中，在60℃左右搅拌4h后得Shiff碱，用2mol/L的NaOH溶液将PH调至6，再加入适量的氰基硼氢化钠(NaCNBH3)，在室温下搅拌处理4h，使Shiff碱还原，将反应液倒入乙醇中析出白色沉淀，过滤，用无水乙醇或丙酮洗涤，在五氧化二磷存在下真空干燥得白色粉末状的N-羧甲基化壳聚糖产品。氯乙酸法制羧甲基壳聚糖大多以壳聚糖为原料，以异丙醇为反应介质。
美国专利(USP4619995)公开了Hayes将20g甲壳素加入200ml异丙醇在25℃下搅拌20min，然后加入56ml 16mol的NaOH溶液，加热至80℃下保温搅拌反应3h，待脱乙酰化反应结束后，静置0.5h，将固体氯乙醇40.4g分5等份加入，20min内加完。将物料加热至60℃后保温搅拌反应3h。用冰乙酸调节PH＝7，过滤，将滤出物用500ml 70％的甲醇水溶液洗涤两次，再用500ml无水甲醇洗涤，然后在60℃下烘干过夜，得N，O-羧甲基壳聚糖27g。
现有的制备羧甲基壳聚糖的方法大多以壳聚糖为原料，在浓碱溶液中碱化，以异丙醇或正丁醇为反应介质进行羧化反应。这些方法的主要缺点在于(1)原料壳聚糖是由甲壳素在40～50％NaOH溶液中脱乙酰化，经分离、洗涤、干燥得到的产品，而用壳聚糖制备羧甲基壳聚糖时又需要在浓碱液中碱化，才能进行羧化反应。这样前后两次浸碱处理，不但用碱量大，操作麻烦、中间步骤多，反应时间长，废水排放污染严重，而且经浓碱处理后壳聚糖分子链降解严重，产品黏度大大降低；(2)异丙醇，正丁醇反应介质成本高，毒性较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种羧甲基壳聚糖的制备方法，并把它用于制备纳滤膜和治疗胃酸病药物它能克服现有羧甲基壳聚糖制备方法的上述缺点。
一种制备羧甲基壳聚糖的方法，其特征是用甲壳素为原料，以95％乙醇为介质，一次浸入低浓度碱，80-95℃下恒温、搅拌回流1.5-3.0h，分3～7次加入一氯乙酸，在40℃～50℃下再搅拌回流2-4h，洗涤沉淀并干燥，所述的甲壳素、碱、一氯乙酸、95％乙醇最佳重量比例范围为1∶2.5～3.5∶2～4∶16～20。
上述羧甲基壳聚糖用于制备对胃酸过多病有特殊疗效的羧甲基壳聚糖铝盐。
上述羧甲基壳聚糖用于制备纳滤膜。
本发明的优点是直接采用甲壳素为原料，用95％乙醇为反应介质，用碱量大大减少，反应时间短，操作简单，无浓碱液排放，碱和乙醇容易回收，既减少了碱液污染危害，也降低了生产成本，所得产品黏度高，比通常方法高出几十到100多倍，产品质量容易控制。用羧甲基壳聚糖为原料制备的三种羧甲基壳聚糖铝盐CMCS-Al(OH)2、(CMCS)2-AlOH和(CMCS)3-Al均具有明显的治疗胃酸过多的功效。同时以羧甲基壳聚糖为原料与聚丙稀腈、聚砜、聚醚砜、聚乙烯醇、聚氯乙烯、尼龙-6、聚偏氟乙烯、聚乙烯超滤膜基膜复合制得的膜具有纳滤膜的功效。
具体实施例方式
实施例1.
量取80～100ml 95％的乙醇倒入具塞三颈瓶中，加入12.5～17.5gNaOH和5g甲壳素，先在90℃恒温水浴中搅拌，回流反应2h，冷却、得到碱性壳聚糖悬浮液。然后为防止过热分3～5次加入10～20g一氯乙酸，加时每次间隔10min左右，在40～50℃下搅拌，回流3h，冷却后离心分离出固体沉淀，用70～80％乙醇洗涤沉淀，直到洗涤液中无氯离子，真空干燥得羧甲基壳聚糖粗产品。将粗产品溶于100ml去离子水中，过滤除掉不溶物，在旋转蒸发仪中浓缩，浓缩液加95％的乙醇沉淀出白色絮状沉淀，再用无水乙醇或丙酮彻底脱出水分，挤干，真空干燥。产品回收率为110～120％，样品羧化度为1.07～1.25，其4％水溶液黏度为850～1660mpa·a。所述的甲壳素、氢氧化钠、一氯乙酸、95％乙醇最佳重量比例范围为1∶2.5～3.5∶2～4∶16～20。
实施例2.
将80～100L 95％的乙醇倒入带回流装置的夹层反应釜中，加入12.5～17.5kgNaOH和5kg甲壳素，蒸汽控温加热，搅拌，回流反应2h，冷却，得碱性壳聚糖悬浮液，然后为防止过热5次加入10～2.kg一氯乙酸，每次间隔10min左右，在40～50℃下搅拌，回流3h，冷却后离心分离出固体沉淀，用70～80％乙醇洗涤沉淀，直到洗涤液中无氯离子，真空干燥得羧甲基壳聚糖粗产品。将粗产品溶于100L去离子水中，过滤除掉不溶物，在旋转蒸发仪中浓缩，浓缩液加95％的乙醇沉淀出白色絮状沉淀，再用无水乙醇或丙酮彻底脱出水分，挤干，真空干燥。产品回收率为110～120％，样品羧化度为1.07～1.25，其4％水溶液黏度为850～1660mpa·a。
应用实施例1或2制得的羧甲基壳聚糖(CMCS)，分别将3份羧甲基壳聚糖每份0.5g(约0.002摩尔量)配成1％(重量百分数，下同)的水溶液，标号为1号、2号和3号，然后按CMCS∶ALCL3·6H2O∶NaOH摩尔量比分别为1∶2∶2，2∶1∶1和3∶1∶0的比例在室温下将CMCS溶液，ALCL3·6H2O和NaOH三者混合，并且搅拌2h.使其充分反应后，将其倒入大量丙酮中沉淀出大量白色沉淀，抽滤分离出沉淀，用大量的75％乙醇水溶液反复洗至无氯离子，取出沉淀在50℃下真空干燥，分别得到CMCS-Al(OH)2、(CMCS)2-AlOH和(CMCS)3-Al三种羧甲基壳聚糖铝盐。在37.5℃下用其进行中和胃酸，结果表明他们均具有中和胃酸的性能。每克CMCS-Al(OH)2能中和人工胃酸(取10mlC.P浓盐酸用蒸馏水稀释定容于1000ml的容量瓶中配成盐酸溶液，经标定其浓度为0.1172ml/L)109.59ml；(CMCS)2-AlOH每克能中和胃酸69.85ml；(CMCS)3-Al每克能中和胃酸41.75ml，每克CMCS能中和胃酸30.79ml。说明它们具有治疗胃酸过多的功效。
以截留相对分子量为6000～10000的聚丙烯腈超滤膜用去离子水彻底清洗其表面，将其固定在平整的玻璃板上，凉至近干，在膜四周贴一圈普通透明胶带(宽1cm)，待用。然后取羧甲基壳聚糖3～7g溶于2％～5％的乙酸水溶液中，充分搅拌，溶解后配成3％～7％的羧甲基壳聚糖溶液，用G4砂芯漏斗抽滤，除去不溶物，取出滤液静置去泡后，将其小心倒入上述聚丙烯腈超滤膜表面上，用玻璃棒小心平整其表面上的溶液，使溶液均匀浸涂于聚丙烯腈超滤膜表面上，表面上多余的溶液让其溢出膜表面，将浸涂羧甲基壳聚糖溶液后的膜在50℃下热处理1h，然后取出膜平行放置，再在其表面上倒入0.5％～2％的戊二醛水溶液，同样用玻璃棒平整戊二醛溶液，多余的让其溢出，然后将此膜在60℃热交联1.5h后，用去离子水彻底清洗后在去离子水中浸泡24h，预压后即可使用。用此膜进行脱盐实验发现在流量为40L/h，操作压力为4.0Mpa时，对1000mg/L的NaCl，Na2SO4水溶液通量分别为10.4和7.1kg/m3h截流率分别为40～50％和81～90％，说明该膜具有纳滤膜的功能。将聚丙烯腈超滤膜基膜换成聚砜、聚醚砜、聚乙烯醇、聚氯乙烯、尼龙-6、聚偏氟乙烯、聚乙烯超滤膜基膜以后同样具有纳滤膜的功效。
权利要求
1.一种制备羧甲基壳聚糖的方法，其特征是用甲壳素为原料，以95％乙醇为介质，一次浸入低浓度碱，80-95℃下恒温、搅拌回流1.5-3.0h，分3～7次加入一氯乙酸，在40℃～50℃下再搅拌回流2-4h，洗涤沉淀并干燥，所述的甲壳素、碱、一氯乙酸、95％乙醇最佳重量比例范围为1∶2∶5～3.5∶2～4∶16～20。
2.权利要求1所述的羧甲基壳聚糖用于制备对胃酸过多病有明显疗效的羧甲基壳聚糖铝盐。
3.权利要求1所述的羧甲基壳聚糖用于制备纳滤膜。
全文摘要
一种制备羧甲基壳聚糖的方法，其特征是用甲壳素为原料，以95％乙醇为介质，一次浸入低浓度碱，80－95℃下恒温、搅拌回流1.5－3.0h，分3～7次加入一氯乙酸，在40℃～50℃下再搅拌回流2－4h，洗涤沉淀并干燥，所述的甲壳素、碱、一氯乙酸、95％乙醇最佳重量比例范围为1∶2.5～3.5∶2～4∶1 6～20。本发明的优点是用碱量大大减少，反应时间短，操作简单，无浓碱液排放，碱和乙醇容易回收，既减少了碱液污染危害，也降低了生产成本，所得产品黏度高，比用通常方法制得的高出几十到100多倍。用羧甲基壳聚糖制备的羧甲基壳聚糖铝盐具有明显的治疗胃酸过多病的功效。制得的纳滤膜的功效好。
文档编号C08B37/00GK1629196SQ20041003611
公开日2005年6月22日 申请日期2004年10月20日 优先权日2004年10月20日
发明者陈国华, 刘长霞, 晋治涛, 孙明昆, 高从堦 申请人:中国海洋大学