专利名称：一种羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种抗菌水化甲壳胺纤维的制备方法，特别是一种羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维制备方法，属于纤维材料的制备领域。
背景技术：
甲壳素是地球上储量仅次于纤维素的可再生资源，其脱乙酰基衍生物甲壳胺，由于具有良好的生物相容性、生物可降解性、止血、促进伤口愈合等特性，使其在可吸收外科手术缝合线、伤口敷料、药物载体材料、人造皮肤等各种组织工程支架材料中有着广泛的应用前景。将甲壳胺溶解于有机酸或无机酸中，呈粘稠胶体状，经凝固、脱水可以制得甲壳胺纤维，用于制备伤口敷料。日本公开特许公报昭(JP 60，059，123，1985)、中国专利公开号为CN1U9748，
公开日为1996年8月观日，发明名称为“脱乙酰甲壳质纤维及其制造方法和应用”、中国专利公开号为CN1149093，
公开日为1997年5月7日，发明名称为“甲壳质纤维及其制备方法”、中国专利公开号为CN101250759，
公开日为2008年8月27日，发明名称为“医用壳聚糖纤维及其制备方法”等相继公开了甲壳胺纤维的制造方法。然而，这些方法制备得到的甲壳胺纤维在医学临床应用中存在着抗菌性弱、吸液性差等缺陷，尤其是应用于易感染、渗出液较多的烧烫伤创面、褥疮等慢性愈合创面的治疗时，效果不甚理想。虽然，也有一些公开文献公开了通过化学改性来提高甲壳胺纤维的吸液性能，如将甲壳胺纤维改性成羧甲基甲壳胺纤维(中国专利公开号为CN1715465，
公开日为2006年 1月4日，发明名称为“羧甲基甲壳胺纤维及其制备方法和应用”)、羟乙基甲壳胺纤维(中国专利公开号为CN101368328，
公开日为2009年2月18日，发明名称为“一种羟乙基壳聚糖纤维的制备方法”)等。但是，这些改性方法，一方面反应取代基位置不确定致使产物比较复杂，取代基分布对其吸液性存在不确定的影响；另一方面，更为重要的是，取代反应会在甲壳胺分子链氨基上进行，以致降低氨基的含量，导致甲壳胺纤维的抗菌性进一步减弱。 这些问题会大大限制甲壳胺纤维制备得到的敷料在临床上尤其是烧烫伤、慢性创面治疗上的应用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种工艺简单，成本低，适合工业化生产的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的制备方法。为了实现上述目的，其技术方案如下。—种羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的制备方法，制备方法按以下步骤进行a.将甲壳胺纤维按质量体积比为1 20分散在醇中，再按甲壳胺纤维的氨基葡萄糖残基的摩尔比为1 0.1 3加入2，3_环氧丙基三甲基氯化铵，室温下搅拌均勻，形成固液混合物；b.对经步骤a形成的固液混合物，按甲壳胺纤维质量比1 2加入浓度为20 30wt%的无机碱溶液，室温下搅拌均勻后，在50 90°C条件下恒温水浴中反应0. 5 6. Oh ；c.将经步骤b反应后的甲壳胺纤维和醇、无机碱溶液形成的混合液体分离，得到羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维；d.将经步骤c得到的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维分散在80v%有机溶剂水溶液中，并滴加15v%醋酸水溶液，将有机溶剂水溶液pH调节至6 8之间，浸泡30分钟，再将羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维与有机溶剂水溶液、醋酸水溶液混合液分离；e.再用80v%有机溶剂水溶液对经步骤d分离出的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维洗涤2次，脱水后，在40°C条件下干燥，得到取代度为4-80%为羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维。所述醇为甲醇或乙醇或丙醇或丁醇或异丙醇中的一种。所述无机碱为NaOH或KOH中的一种。所述有机溶剂为甲醇或乙醇或丙酮中的一种。由于采用以上技术方案，本发明的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的制备方法， 其有益技术效果是(1)本发明的制备方法采用在甲壳胺纤维分子链上，通过甲壳胺分子链上氨基与 2，3_环氧丙基三甲基氯化铵分子上环氧基的开环反应，引入季铵盐基团，从而增加甲壳胺纤维的聚阳离子特性，提高甲壳胺纤维抗菌性。(2)通过控制甲壳胺纤维的氨基葡萄糖残基与环氧丙基三甲基氯化铵的摩尔比以及反应条件，来实现羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的取代度在4-80%范围内，从而使得反应后的纤维具备高抗菌性的同时，也能吸收大量的液体，吸收液体后仍能保持纤维基本形态，增强了甲壳胺纤维的吸液性能。取代度大于80%时，羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维在接触水后中不能保持纤维原来的形态而溶解，失去了结构稳定性。本发明的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维制备方法简单，成本低，易工业化生产。 利用本发明制备方法制备的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维具有一般纤维的性能，可以通过切断、开松、梳理、成网、针刺制成无纺布，也可以通过与其它功能纤维混合制成无纺布， 经灭菌后形成敷料，用于渗出液较多的感染性或易感染性创面如烧烫伤、褥疮等，起到杀灭创面细菌、吸收创面渗出液，并提供湿性愈合环境促进创面愈合的作用。同时，应用该敷料能减少敷料更换次数，去除时也不会引起创面的二次机械损伤，减少病人的痛苦。所制备的医用产品在对临床上烧烫伤、褥疮或溃疡等创面的抗菌、吸液具有显著的作用，且质量稳定、成本低，使用方便，符合临床使用要求。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维制备方法作进一步详细描述。一种羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的制备方法，制备方法按以下步骤进行a.将甲壳胺纤维按质量体积比为1 20分散在醇中，再按甲壳胺纤维的氨基葡萄糖残基的摩尔比为1 0.1 3加入2，3_环氧丙基三甲基氯化铵，室温下搅拌均勻，形成固液混合物；所述醇为甲醇或乙醇或丙醇或丁醇或异丙醇中的一种。一般而言，甲壳胺在一定的条件下形成聚阳离子，具有一定的抑菌效果，本发明是通过甲壳胺分子链上氨基与2，3_环氧丙基三甲基氯化铵分子上环氧基的开环反应，在甲壳胺分子链上引入季铵盐基团，增加了甲壳胺分子的聚阳离子特性，从而提高了甲壳胺纤维的抗菌性。步骤a中，通过控制甲壳胺纤维的氨基葡萄糖残基与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵摩尔比以及反应条件，来满足得到的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的取代度在4-80%范围内。因此，选择合适的摩尔比为1 0.1 3。b.对经步骤a形成的固液混合物，按甲壳胺纤维质量比1 2加入浓度为20 30wt %的无机碱溶液，室温下搅拌均勻后，在50 90°C条件下恒温水浴中反应0. 5 6. Oh ；所述无机碱为NaOH或KOH中的一种。步骤b中，甲壳胺纤维用无机碱溶液来碱化，碱化后，2，3_环氧丙基三甲基氯化铵离子在甲壳胺纤维轴向上就会分布着更加均勻，反应就会更加彻底，然而所得到的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维吸液后形成的凝胶体强度就会越低。因此选择合适的碱浓度为 20 30wt%，合适的加入量为1 2。步骤b中，通过控制甲壳胺纤维的氨基葡萄糖残基与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵摩尔比以及反应条件，来满足得到的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的取代度在4-80%范围内。因此，选择反应条件为温度50 90°C，反应时间0. 5 6. Oh。c.将经步骤b反应后的甲壳胺纤维和醇、无机碱溶液形成的混合液体分离，得到羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维；d.将经步骤c得到的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维分散在80v%有机溶剂水溶液中，并滴加15v%醋酸水溶液，将有机溶剂水溶液pH调节至6 8之间，浸泡30分钟，再将羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维与有机溶剂水溶液、醋酸水溶液混合液分离；所述有机溶剂为甲醇或乙醇或丙酮中的一种。由于经步骤c所得到的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维呈强碱性。将含有羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的有机溶剂水溶液PH值调节至6 8之间，得到的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维呈中性。e.再用80v%有机溶剂水溶液对经步骤d分离出的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维洗涤2次，以除掉纤维上含有的未反应物2，3-环氧丙基三甲基氯化铵以及小分子杂质如醋酸钠等。脱水后，在40°C条件下干燥，得到取代度为4-80%为羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维。所述的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维具备高抗菌性的同时，也能吸收大量的液体，吸收液体后仍能保持纤维基本形态。
具体实施例实施例1称取5g甲壳胺纤维分散在IOOmL甲醇中，加入2，3_环氧丙基三甲基氯化铵 0. 470g,室温下振荡搅拌均勻；然后加入10. Og浓度为20wt %的NaOH溶液，室温下搅拌均勻后，在50°C条件下恒温水浴中反应0.证后，将反应后的甲壳胺纤维和反应混合液分离， 并将分离出的甲壳胺纤维分散于80v%甲醇水溶液中，滴加15v%醋酸水溶液，将甲醇、醋酸水溶液混合液PH调到7. 1，浸泡30分钟，再将浸泡后的甲壳胺纤维从混合液中分离出来， 用80v%甲醇水溶液洗涤2次，脱水后，在40°C条件下干燥，得到取代度为4%为羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维。实施例2称取5g甲壳胺纤维分散在IOOmL 丁醇中，加入2，3_环氧丙基三甲基氯化铵 0. 470g,室温下振荡搅拌均勻；然后加入10. Og浓度为25wt%的NaOH溶液，室温下搅拌均勻后，在50°C条件下恒温水浴中反应0. 5h后，将反应后的甲壳胺纤维和反应混合液分离， 并将分离出的甲壳胺纤维分散于80v%丙酮水溶液中，滴加15v%醋酸水溶液，将丙酮、醋酸水溶液混合液PH调到6. 0，浸泡30分钟，再将浸泡后的甲壳胺纤维从混合液中分离出来， 用80v%丙酮水溶液洗涤2次，脱水后，在40°C条件下干燥，得到取代度为5%为羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维。实施例3称取5g甲壳胺纤维分散在IOOmL丙醇中，加入2，3_环氧丙基三甲基氯化铵 0. 470g,室温下振荡搅拌均勻；然后加入10. Og浓度为20wt%的KOH溶液，室温下搅拌均勻后，在50°C条件下恒温水浴中反应0. 5h后，将反应后的甲壳胺纤维和反应混合液分离，并将分离出的分散于80v%乙醇水溶液中，滴加15v%醋酸水溶液，将乙醇、醋酸水溶液混合液PH调到8. 0，浸泡30分钟，再将浸泡后的甲壳胺纤维从混合液中分离出来，用80v%乙醇水溶液洗涤2次，脱水后，在40°C条件下干燥，得到取代度为5%为羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维。实施例4称取5g甲壳胺纤维分散在IOOmL异丙醇中，加入2，3_环氧丙基三甲基氯化铵 4. 705g,室温下振荡搅拌均勻；然后加入10. Og浓度为25wt%的NaOH溶液，室温下搅拌均勻后，在65°C条件下恒温水浴中反应3. Oh后，将反应后的甲壳胺纤维和反应混合液分离， 并将分离出的甲壳胺纤维分散于80v%乙醇水溶液中，滴加15v%醋酸水溶液，将乙醇、醋酸水溶液混合液PH调到7. 5，浸泡30分钟，再将浸泡后的甲壳胺纤维从混合液中分离出来， 用80v%乙醇水溶液洗涤2次，脱水后，在40°C条件下干燥，得到取代度为41%为羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维。实施例5称取5g甲壳胺纤维分散在IOOmL乙醇中，加入2，3_环氧丙基三甲基氯化铵 14. 115g，室温下振荡搅拌均勻；然后加入10. Og浓度为30Wt%的NaOH溶液，室温下搅拌均勻后，在90°C条件下恒温水浴中反应6. Oh后，将反应后的甲壳胺纤维和反应混合液分离， 并将分离出的甲壳胺纤维分散于80v%乙醇水溶液中，滴加15v%醋酸水溶液，将乙醇、醋酸水溶液混合液PH调到7. 4，浸泡30分钟，再将浸泡后的甲壳胺纤维从混合液中分离出来， 用80v%乙醇水溶液洗涤2次，脱水后，在40°C条件下干燥，得到取代度为80%为羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维。所制得的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维抗菌性能、吸液性能测试如下。(1)抗菌性测试菌种选用烧伤创面常见菌种，为金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌。 用接种环轻轻划取一环上述其中一种菌种菌落至IOOmL营养肉汤中，于37°C恒温摇床上150rpm培养18 Mh，配制生理盐水将菌悬液稀释至3. 0 X 106CFU/mL，以备抗菌测试。用 0. lmol/L HCl溶解上述实施例制备得到的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维，然后用标准 NaOH溶液中和过量盐酸，调节pH值至中性左右，配制出0. 20%的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维稀释液。以相同pH值的NaOH-HCl水溶液做空白实验，同时用相同pH值的甲壳胺纤维的中性水溶液作对比实验。取ImL菌悬液加入到上述待测样品溶液中，置于37°C恒温摇床上150rpm培养lh，取0. ImL作10倍梯度稀释，最后取ImL该液作活菌计数，置入普通营养琼脂平板并涂勻，于37°C下培养Mh，观察各试样上细菌生长情况，计算平均菌落数。其结果如表1。表1数据显示了实施例1 5羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维、甲壳胺纤维对照组抗菌率实验结果。试验结果证明，实施例1 5羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的抗菌率随着取代度的增加而增大，均显著优于未改性的甲壳胺纤维样品。(2)吸液性将羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维经开松梳理成棉絮状纤维，经碾压打片制得无纺布，待用。称取8. 3g NaCl和0. 277g CaCl2W蒸馏水充分溶解，置于容量瓶中，用蒸馏水定容到IOOOmL,所得溶液为英国药典规定的A溶液。该溶液模拟了人体血液主要金属离子的含量。取一定量的甲壳胺纤维无纺布、羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维无纺布放置Mh，使纤维的回潮率达到平衡，测定无纺布的干重为W(g)。称取比无纺布重40倍的A溶液，将溶液和无纺布放置在直径为90mm的培养皿中，37°C放置30min，用镊子夹住无纺布的一角在空中挂30s后称取无纺布的湿重(W1)。单位质量无纺布的吸湿量为(W1-W)/W。结果见表1。表1数据显示了实施例1 5羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维、甲壳胺纤维对照组吸液性实验结果。试验结果证明，实施例1 5羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的吸湿量随着取代度的增加而增大，均显著优于未改性的甲壳胺纤维样品。以上试验表明，本发明的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维具有较好的抗菌、吸液的效果，用其制备的新型医用产品，市场前景非常广阔。以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。表1羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的抗菌性实验结果
权利要求
1.一种羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的制备方法，其特征在于，制备方法按以下步骤进行a.将甲壳胺纤维按质量体积比为1 20分散在醇中，再按甲壳胺纤维的氨基葡萄糖残基的摩尔比为1 0.1 3加入2，3_环氧丙基三甲基氯化铵，室温下搅拌均勻，形成固液混合物；b.对经步骤a形成的固液混合物，按甲壳胺纤维质量比1 2加入浓度为20 30wt% 的无机碱溶液，室温下搅拌均勻后，在50 90°C条件下恒温水浴中反应0. 5 6. Oh ；c.将经步骤b反应后的甲壳胺纤维和醇、无机碱溶液形成的混合液体分离，得到羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维；d.将经步骤C得到的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维分散在80v%有机溶剂水溶液中，并滴加15v%醋酸水溶液，将有机溶剂水溶液pH调节至6 8之间，浸泡30分钟，再将羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维与有机溶剂水溶液、醋酸水溶液混合液分离；e.再用80v%有机溶剂水溶液对经步骤d分离出的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维洗涤2次，脱水后，在40°C条件下干燥，得到取代度为4-80%为羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维。
2.根据权利要求1所述羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的制备方法，其特征在于所述醇为甲醇或乙醇或丙醇或丁醇或异丙醇中的一种。
3.根据权利要求1所述羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的制备方法，其特征在于所述无机碱为NaOH或KOH中的一种。
4.根据权利要求1所述羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的制备方法，其特征在于所述有机溶剂为甲醇或乙醇或丙酮中的一种。
全文摘要
本发明涉及一种羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的制备方法，属于纤维材料的制备领域。本发明的制备方法采用在甲壳胺纤维分子链上，通过甲壳胺分子链上氨基与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵分子上环氧基的开环反应，引入季铵盐基团，从而增加甲壳胺纤维的聚阳离子特性，提高甲壳胺纤维抗菌性。通过控制甲壳胺纤维的氨基葡萄糖残基与环氧丙基三甲基氯化铵的摩尔比以及反应条件，来实现羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维的取代度在4-80％范围内，从而使得反应后的甲壳胺纤维具备高抗菌性的同时，也能吸收大量的液体，吸收液体后仍能保持纤维基本形态，增强了甲壳胺纤维的吸液性能。本发明的羟丙基三甲基氯化铵甲壳胺纤维制备方法简单，成本低，易工业化生产。
文档编号D06M13/463GK102373620SQ20111035738
公开日2012年3月14日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者周应山, 徐卫林 申请人:武汉纺织大学