一种聚合物水凝胶及其制备方法和其应用与流程

1.本发明属于医药领域，具体涉及一种聚合物水凝胶工艺及其应用。


背景技术：

2.聚合物凝胶是由三维网络结构的聚合物和溶胀介质构成，网络可以吸收介质而溶胀。以水为溶胀介质的凝胶称为聚合物水凝胶(hydrogel)。聚合物水凝胶的三维网络结构一般通过化学交联、物理交联、化学/物理交联形成。聚合物水凝胶遇水溶胀的特性使其在胃肠道部位也会因吸收体液而溶胀，进而占据胃部、肠道的容积。因此，聚合物水凝胶常被用于胃肠道的填充剂，以增加饱腹感。
3.现有技术通常是先将多糖与交联剂交联，再通过溶解、极性溶剂(如水、丙酮、乙醇)浸泡洗涤、干燥等工艺获得聚合物水凝胶。但通常存在两个问题，一是多糖与交联剂较难混合均匀，导致交联反应能耗大、工时长、收率低，二是在溶解、洗涤过程不仅会消耗大量的水(约为凝胶本身初始体积的10-20倍)，还容易产生大量的废水，增加后续处理成本。因此需进一步研究低能耗、高收率、高生产效率的聚合物水凝胶制备方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种聚合物水凝胶，其制备方法具体包括如下步骤：
5.(1)将醇水溶液和柠檬酸混合搅拌至溶解均匀得柠檬酸溶液，向柠檬酸溶液中加入多糖混合均匀，40℃-80℃下干燥5-24h，粉碎，得混合物；
6.(2)将多价金属离子盐溶液与步骤(1)的混合物混合均匀，在80℃-140℃下干燥1-10h，粉碎，即得聚合物水凝胶；
7.所述柠檬酸与多糖的重量比为0.01-1％：1，优选为0.05-0.8％：1，更优选为0.1-0.5％：1；
8.所述醇水溶液与多糖的重量比为1-10：1，优选为2-8:1，更优选为4-6:1；
9.所述金属离子盐与多糖的重量比为0.01-1％：1，优选为0.05-0.8％：1，更优选为0.1-0.5％：1。
10.本发明优选的技术方案，所述醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的任一种或其组合。
11.本发明优选的技术方案，所述醇溶液的浓度为0.5-50％，优选为1-30％，更优选为5-20％。
12.本发明优选的技术方案，所述多糖选自纤维素及其衍生物、半纤维素及其衍生物、淀粉及其衍生物、果胶及其衍生物、壳聚糖及其衍生物、肝素及其衍生物、硫酸软骨素及其衍生物、琼脂及其衍生物、海藻酸及其衍生物、角叉藻聚糖及其衍生物、d-葡聚糖及其衍生物、d-半乳聚糖及其衍生物、甘露聚糖及其衍生物、右旋糖酐及其衍生物、黄原胶及其衍生物中的任一种或其组合。
13.本发明优选的技术方案，所述多糖选自羧甲基纤维素、羧甲基壳聚糖、羧甲基淀粉、羧甲基葡聚糖的任一种或其组合。
14.本发明优选的技术方案，所述多价金属离子选自二价金属阳离子、三价金属阳离子、四价金属阳离子中的任一种或其组合。
15.本发明优选的技术方案，所述多价金属离子选自mg
2+
、ca
2+
、ba
2+
、cu
2+
、ni
2+
、zn
2+
、pb
2+
、fe
2+
、fe
3+
、al
3+
、cr
3+
、zr
4+
中的任一种或其组合。
16.本发明优选的技术方案，所述多价金属离子盐溶液的浓度为0.1-1％，优选为0.2-0.8％，更优选为0.25-0.5％。
17.本发明优选的技术方案，所述步骤(1)的干燥温度为50-70℃。
18.本发明优选的技术方案，所述步骤(1)的干燥时间7-15h，优选为8-12h。
19.本发明优选的技术方案，所述步骤(2)的干燥温度为110-130℃。
20.本发明优选的技术方案，所述步骤(2)的干燥时间为2-8h，优选为3-6h。
21.本发明优选的技术方案，所述步骤(1)或步骤(2)的粉碎至过20目筛，优选为过40目。
22.本发明优选的技术方案，所述制备过程中还任选地加入ph调节剂。
23.本发明优选的技术方案，所述聚合物水凝胶在模拟胃液(ph2.0)中的溶胀率不低于80。
24.本发明优选的技术方案，所述聚合物水凝胶在模拟胃液(ph2.0)中的溶胀平衡时间小于30分钟。
25.本发明的另一目的在于提供一种聚合物水凝胶的制备方法，具体包括如下步骤：
26.(1)将醇水溶液和柠檬酸混合搅拌至溶解均匀得柠檬酸溶液，向柠檬酸溶液中加入多糖混合均匀，40℃-80℃下干燥5-24h，粉碎，得混合物；
27.(2)将多价金属离子盐溶液与步骤(1)的混合物混合均匀，在80℃-140℃下干燥1-10h，粉碎，即得聚合物水凝胶；
28.所述柠檬酸与多糖的重量比为0.01-1％：1，优选为0.05-0.8％：1，更优选为0.1-0.5％：1；
29.所述醇水溶液与多糖的重量比为1-10：1，优选为2-8:1，更优选为4-6:1；
30.所述金属离子盐与多糖的重量比为0.01-1％：1，优选为0.05-0.8％：1，更优选为0.1-0.5％：1。
31.本发明优选的技术方案，所述醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的任一种或其组合。
32.本发明优选的技术方案，所述醇溶液的浓度为0.5-50％，优选为1-30％，更优选为5-20％。
33.本发明优选的技术方案，所述多糖选自纤维素及其衍生物、半纤维素及其衍生物、淀粉及其衍生物、果胶及其衍生物、壳聚糖及其衍生物、肝素及其衍生物、硫酸软骨素及其衍生物、琼脂及其衍生物、海藻酸及其衍生物、角叉藻聚糖及其衍生物、d-葡聚糖及其衍生物、d-半乳聚糖及其衍生物、甘露聚糖及其衍生物、右旋糖酐及其衍生物、黄原胶及其衍生物中的任一种或其组合。
34.本发明优选的技术方案，所述多糖选自羧甲基纤维素、羧甲基壳聚糖、羧甲基淀粉、羧甲基葡聚糖的任一种或其组合。
35.本发明优选的技术方案，所述多价金属离子选自二价金属阳离子、三价金属阳离子、四价金属阳离子中的任一种或其组合。
36.本发明优选的技术方案，所述多价金属离子选自mg
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、ca
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中的任一种或其组合。
37.本发明优选的技术方案，所述多价金属离子盐溶液的浓度为0.1-1％，优选为0.2-0.8％，更优选为0.25-0.5％。
38.本发明优选的技术方案，所述步骤(1)的干燥温度为50-70℃。
39.本发明优选的技术方案，所述步骤(1)的干燥时间7-15h，优选为8-12h。
40.本发明优选的技术方案，所述步骤(2)的干燥温度为110-130℃。
41.本发明优选的技术方案，所述步骤(2)的干燥时间为2-8h，优选为3-6h。
42.本发明优选的技术方案，所述步骤(1)或步骤(2)的粉碎至过20目筛，优选为过40目。
43.本发明优选的技术方案，所述制备过程中还任选地加入ph调节剂。
44.本发明优选的技术方案，所述聚合物水凝胶在模拟胃液(ph2.0)中的溶胀率不低于80。
45.本发明优选的技术方案，所述聚合物水凝胶在模拟胃液(ph2.0)中的溶胀平衡时间小于30分钟。
46.本发明的另一目的在于提供本发明所述的聚合物水凝胶在制备保持饱腹感制品中的应用。
47.本发明优选的技术方案，所述保持饱腹感制品包括用于治疗肥胖、减少食物或卡路里摄取的药品、保健品中的任一种。
48.本发明优选的技术方案，所述保持饱腹感制品的用量为每日1-2次，每次1.5-4.5g。
49.本发明的另一目的在于提供本发明所述的聚合物水凝胶在制备与水溶液接触时能够溶胀的吸收性材料中的应用。
50.本发明优选的技术方案，所述应用包括用于制备药物缓释剂、农业、水处理中的任一种。
51.本发明优选的技术方案，所述应用包括从身体除去水或水溶液的装置和药物、用于农业中控制释放水、营养物或植物药物的装置、用于个人和家庭卫生的吸收性产品、与水或水溶液接触时改变其大小的玩具和装置、生物医学装置、和能够在眼科学中缓慢释放液体的聚合物膜中的任一种。
52.本发明优选的技术方案，所述应用包括减慢葡萄糖运输，由此降低血糖峰值。
53.除非另有说明，本发明涉及液体与液体之间的百分比时，所述的百分比为体积/体积百分比；本发明涉及液体与固体之间的百分比时，所述百分比为体积/重量百分比；本发明涉及固体与液体之间的百分比时，所述百分比为重量/体积百分比；其余为重量/重量百分比。
54.除非另有说明，本发明采用下述检测方法：
55.1.溶胀率(q)：
56.溶胀率(q)是聚合物水凝胶吸收水能力的量度。取样品约1.0g，精密称定，记作w0。将样品转移至500ml烧杯中，加入200ml模拟胃液(ph2.0)，置于37℃恒温水浴锅中溶胀一定时间。称出不锈钢筛的质量w1，将吸水后的样品倒入40目筛中，滤水，静置10min，称重w2，结
果按下式计算：
[0057][0058]
2.收率及生产效率计算公式
[0059][0060]
所述固体重量为：柠檬酸固体重量+多价金属盐固体重量+多糖固体重量
[0061]
所述干燥总时间为：一次干燥时间和二次干燥时间的总和
[0062]
与现有技术相比，本发明具有下述有益技术效果：
[0063]
1、本发明通过在制备工艺中使用多糖的不良溶剂(如乙醇)，使得多糖在乙醇水溶液中不会完全伸展，有利于多糖与柠檬酸、金属离子的交联，干燥总时间缩短，生产效率提高，节约了水的使用量，降低了能耗，适用于工业化生产。
[0064]
2、本发明通过控制干燥温度，来控制乙醇的挥发速度，使得水凝胶具有疏松多孔结构，能够快速吸水溶胀，有利于产品服用后快速膨胀，占据胃肠道容积，产生饱腹感，制得的水凝胶在模拟胃液中的溶胀率不低于80g/g，用量小，膨胀时间短(30min达到溶胀平衡)。
附图说明
[0065]
图1本发明制备聚合物水凝胶的工艺流程图
[0066]
图2实施例1-5和对比例1制备得到的水凝胶的30min溶胀率比较
[0067]
图3实施例1-5和对比例1制备工艺的收率比较
[0068]
图4实施例1-5和对比例1制备工艺的生产效率比较
具体实施方式
[0069]
以下参照实施例说明本发明，但本发明不局限于实施例。
[0070]
实施例1
[0071]
(1)称取15g柠檬酸，加入乙醇水溶液(0.6l乙醇和11.4l纯化水混合配置)，搅拌至溶解均匀得柠檬酸溶液，与3kg羧甲基纤维素钠制成颗粒，70℃下干燥8h，粉碎至过40目筛，得混合物；
[0072]
(2)称取3g三氯化铁，加入1.2l纯化水，配成铁离子溶液，喷入到混合物中，110℃下干燥4h，即得。
[0073]
实施例2
[0074]
(1)称取15g柠檬酸，加入乙醇水溶液(1l乙醇和8l纯化水混合配置)，搅拌至溶解均匀得柠檬酸溶液，与3kg羧甲基纤维素钠制成颗粒，70℃下干燥8h，粉碎至过40目筛，得混合物；
[0075]
(2)称取3g三氯化铁，加入2l纯化水，配成铁离子溶液，喷入到混合物中，120℃下干燥3h，即得。
[0076]
实施例3
[0077]
(1)称取30g柠檬酸，加入乙醇水溶液(1l甲醇和7l纯化水混合配置)，搅拌至溶解均匀得柠檬酸溶液，与3kg羧甲基葡聚糖制成颗粒，60℃下干燥12h，粉碎至过40目筛，得混合物；
[0078]
(2)称取3g三氯化铁和3g氯化亚铁，加入2l纯化水，配成铁溶液，喷入到混合物中，110℃下干燥3h，即得。
[0079]
实施例4
[0080]
(1)称取0.9g柠檬酸，加入乙醇水溶液(1l乙醇和9l纯化水混合配置)，搅拌至溶解均匀得柠檬酸溶液，与3kg羧甲基壳聚糖制成颗粒，80℃下干燥7h，粉碎至过40目筛，得混合物；
[0081]
(2)称取15g氯化锌，加入2l纯化水，配成锌离子溶液，喷入到混合物中，100℃下干燥6h，即得。
[0082]
实施例5
[0083]
(1)称取3g柠檬酸，加入乙醇水溶液(0.8l乙醇和14.2l纯化水混合配置)，搅拌至溶解均匀得柠檬酸溶液，与3kg羧甲基淀粉制成颗粒，70℃下干燥12h，粉碎至过40目筛，得混合物；
[0084]
(2)称取9g氯化钙，加入2l纯化水，配成钙离子溶液，喷入到混合物中，110℃下干燥4h，即得。
[0085]
对比例1
[0086]
(1)称取纯化水90kg，投入到不锈钢桶中，开启搅拌，将柠檬酸0.54g投入纯化水中搅拌5分钟，投入羧甲基纤维素钠2.7kg，溶解，120℃干燥24小时，粉碎过40目筛网，得混合物；
[0087]
(2)称取8.1g的三氯化铁，配成2.2％的三氯化铁水溶液，与混合物均匀混合，100℃干燥8h，即得。
[0088]
试验例1
[0089]
检测实施例1-5、对比例1制备的聚合物水凝胶的相关指标，见图2-4。
[0090]
以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求保护的范围。