硝酸纤维素微孔膜及其连续制备方法与流程

1.本发明涉及微孔膜技术领域，具体涉及硝酸纤维素微孔膜及其连续制备方法。


背景技术：

2.硝酸纤维素膜属于纤维素衍生物的一种，有一定亲水性但不溶于水，可溶于比较便宜的有机溶剂，如丙酮、丙酮，微溶于醇类。其成膜性能良好，但耐热性差，易于发生化学及生物降解，为避免降解，在室温下使用时ph应在4至 6.5之间，另外，对生物降解也很敏感。硝酸纤维素膜是最早商品化生产的膜，是过滤常用的膜材料，广泛用于水质和化学药品的检测。由于它对蛋白质等大分子物质具有很强的非特异性吸附作用，因此它在生物医学领域中得到广泛的应用，己被应用于临床的检验。
3.在生物学检测上的应用主要是酶联免疫斑点法，其原理是利用硝酸纤维素膜对蛋白质的强吸附能力，使抗原抗体结合在膜上，结合在硝酸纤维素膜上的酶标抗体通过将底物降解成不溶性的产物沉淀，在硝酸纤维素膜上形成斑点。而待检测抗原或抗体含量可以通过膜上斑点颜色的深浅来判断。
4.中国发明专利(申请号：201210152223.0)公开了一种硝酸纤维素微孔滤膜的生产工艺，包括将硝酸纤维素高分子材料溶解在有机溶剂中，并加入水溶性甘油做为成品滤膜的润湿添加剂后，将上述溶液均匀平铺在连续转动的滚轮上或输送带上，将空调空气与溶液接触进行相转化过程，滤膜形成，然后将在滚轮上或输送带上的初生滤膜放入5℃-50℃的水浴池中进行终成型，最后将成型的硝酸纤维素微孔滤膜从滚轮或输送带上剥离，进行包括清洗烘干等处理步骤。本发明工艺简单，易操作。生产后的滤膜，具有很好的蛋白质及核糖核酸扣去氧核糖核酸的吸附性，为优良的生化物质转印膜材料。尽管该发明制备得到的硝酸纤维素具有较好蛋白质吸附性能，但是长久使用更容易容易受到污染，会影响蛋白质的吸附，因此，硝酸纤维素微孔膜还需要进一步改性，以延长其使用寿命。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了硝酸纤维素微孔膜及其连续制备方法。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
7.一种硝酸纤维素微孔膜的连续制备方法，包括以下步骤：
8.(1)铸膜液制备：将15-30wt％硝酸纤维素、30-60wt％溶剂、20-40wt％助溶剂、余量为水加入到搅拌罐内，在室温下搅拌20-30h，过滤，脱气，得到铸膜液；
9.(2)成型：将铸膜液浇铸在连续运行的制膜机平板输送带上，输送带上的铸膜液经过蒸发风速0.1-6m/s、温度10-40℃、相对湿度20-80％的空气蒸发1-3min，得到成型硝酸纤维素微孔膜；所述铸膜液厚度为100-1000μm；
10.(3)烘干：将上述成型硝酸纤维素微孔膜置于20-100℃进行烘干、剥离；
11.(4)定型：将上述剥离的硝酸纤维素微孔膜经过30-80℃的水清洗后，置于 40-100
℃下干燥20-50min，进行裁切和收卷，得到最终成品，即硝酸纤维素微孔膜。
12.优选的，所述硝酸纤维素微孔膜的连续制备方法，由一下步骤组成：
13.(1)铸膜液制备：将15-30wt％硝酸纤维素、3-10wt％蛋白吸附剂、30-60wt％溶剂、20-40wt％助溶剂、余量为水加入到搅拌罐内，在室温下搅拌20-30h，过滤，脱气，得到铸膜液；
14.(2)成型：将铸膜液浇铸在连续运行的制膜机平板输送带上，输送带上的铸膜液经过蒸发风速0.1-6m/s、温度10-40℃、相对湿度20-80％的空气蒸发1-3min，得到成型硝酸纤维素微孔膜；所述铸膜液厚度为100-1000μm；
15.(3)烘干：将上述成型硝酸纤维素微孔膜置于20-100℃进行烘干、剥离；
16.(4)定型：将上述剥离的硝酸纤维素微孔膜经过30-80℃的水清洗后，置于 40-100℃下干燥20-50min，进行裁切和收卷，得到最终成品，即硝酸纤维素微孔膜。
17.所述助溶剂为乙醇、丙醇、丁醇等醇类中的一种或两种以上；所述溶剂为丙酮、乙酸乙酯等有机溶剂中的一种或两种以上。
18.硝酸纤维素微孔膜是硝基取代了纤维素中一部分的羟基，取代羟基达不到百分百，本身还含有一定的亲水性的羟基和羧基存在，膜内部不是完全无水的，而且存在毛吸现象。这样降低了膜的疏水特性，因此降低了对疏水性的蛋白质的吸附，为了解决由于硝酸纤维素膜存在亲水集团而导致自身吸附蛋白质不强的缺点，本发明在铸膜液中添加少量疏水性很强的蛋白吸附剂，进一步提高对蛋白质的吸附。
19.具体的，蛋白吸附剂的制备方法及吸附原理如下：s1、在无氧环境下，以 1-丙基-1h-咪唑-2-甲醛和2,4-二氨基二苯胺为原料，二甲亚砜为溶剂，在无催化剂的作用下通过席夫碱反应，得到疏水性极强的多孔聚合物，该聚合物与硝酸纤维素具有很好的相容性能，能够形成复合多孔膜，提高对蛋白质的吸附性能；s2、制备石墨烯-银的复合材料，该复合材料中的银与蛋白质中的巯基、氨基具有较好的结合性能，不仅可以有效提高蛋白质的吸附，还具有良好的抗菌性能；同时石墨烯中的羧基基团可以与s1中的多孔聚合物中氨基进行结合，得到s3中的蛋白吸附剂。
20.所述蛋白吸附剂的制备方法如下：在氮气环境下，将5-10重量份1-丙基-1h
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咪唑-2-甲醛、2-5重量份2,4-二氨基二苯胺和40-70重量份二甲亚砜混合，在 140-160℃/300-500rpm下搅拌40-80h，减压蒸馏，洗涤，干燥，得到中间产物 i；
21.s2、将4-8重量份石墨烯和30-60重量份水混合，在超声功率200-400w、超声频率30-60khz下超声1-3h，加入4-8重量份硝酸银、3-6重量份抗坏血酸和1-3重量份聚乙烯吡咯烷酮，在1-5℃下保温0.5-2h，再置于室温、300-500rpm 下搅拌，离心，干燥，得到石墨烯-纳米银复合材料；
22.s3、将4-8重量份上述中间产物i和30-60重量份无水乙醇混合，在 500-800rpm下搅拌16-30h，得到混合物a；将3-6重量份上述石墨烯-纳米银复合材料与30-50重量份丙酮混合，在超声功率200-400w、超声频率30-60khz下超声20-50min，得到混合物b；将上述混合物b加入到上述混合物a中，在60-80℃、 500-700rpm下搅拌1-3h，减压蒸馏，干燥，得到蛋白吸附剂。
23.为了进一步提高对蛋白质的吸附，本发明还提供了一种改进的蛋白质吸附剂制备：将石墨烯进行通过改性得到改性石墨烯，能够进一步提高对蛋白质的吸附。具体的，将
氧化石墨烯与4-氨基-3-巯基苯甲酸反应，使得氧化石墨烯表面的羟基与4-氨基-3-巯基苯甲酸上的羧基反应，制得改性石墨烯，4-氨基-3
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巯基苯甲酸中的氨基为ag+提供了丰富的n配位位点，通过配位自组装不仅可以提高ag负载能力，避免了纳米ag的自聚集，同时4-氨基-3-巯基苯甲酸中巯基与s1中制备得到的多孔聚合物中间产物i的结合性更强，同时抗菌性能增加；三聚氯氰改性石墨烯具有较好的疏水性，与将硝化纤维素的相容性增加，形成更致密的交联结构，三聚氯氰改性石墨烯/硝化纤维素复合材料具有较好的分散性能，提高硝酸硝酸纤维素微孔膜的疏水性能，进而可以提高对蛋白质的吸附性能，二者协同增效，不仅增加蛋白吸附性能，同时提高抗菌性能。
24.优选的，所述蛋白吸附剂的制备方法如下：s1、在氮气环境下，将5-10重量份1-丙基-1h-咪唑-2-甲醛、2-5重量份2,4-二氨基二苯胺和40-70重量份二甲亚砜混合，在140-160℃/300-500rpm下搅拌40-80h，减压蒸馏，洗涤，干燥，得到中间产物i；
25.s2、将5-9重量份氧化石墨烯、80-120重量份四氢呋喃和30-50重量份水混合，置于超声功率200-400w、超声频率30-60khz下超声0.5-2h；加入8-12 重量份改性剂和1-4重量份1-羟基苯并三唑，在30-50℃下反应3-5h，过滤，干燥，得到改性石墨烯；
26.s3、将4-8重量份上述改性石墨烯和30-60重量份水混合，在超声功率 200-400w、超声频率30-60khz下超声1-3h，加入4-8重量份硝酸银、3-6重量份抗坏血酸和1-3重量份聚乙烯吡咯烷酮，在1-5℃下保温0.5-2h，再置于室温、300-500rpm下搅拌，离心，干燥，得到改性石墨烯-纳米银复合材料；
27.s4、将4-8重量份上述中间产物i和30-60重量份无水乙醇混合，在 500-800rpm下搅拌16-30h，得到混合物a；将3-6重量份上述改性石墨烯-纳米银复合材料与30-50重量份丙酮混合，在超声功率200-400w、超声频率30-60khz 下超声20-50min，得到混合物b；将上述混合物b加入到上述混合物a中，在60-80℃、500-700rpm下搅拌1-3h，减压蒸馏，干燥，得到蛋白吸附剂。
28.所述石墨烯为羧基化石墨烯、巯基化石墨烯、氧化石墨烯中的任一种；优选的。
29.所述改性剂为三聚氯氰和/或4-氨基-3-巯基苯甲酸；优选的，所述改性剂由三聚氯氰、4-氨基-3-巯基苯甲酸按照质量比(1-5)：(1-3)组成。
30.一种硝酸纤维素微孔膜，采用上述所述的硝酸纤维素微孔膜的连续制备方法而成。
31.所述硝酸纤维素微孔膜的孔径为0.45-8μm。
32.所述的硝酸纤维素微孔膜在胶体金试纸、过滤中的应用。
33.本发明的有益效果：本发明在铸膜液制备过程中添加与硝酸纤维素具有良好相容性的蛋白吸附剂，形成具有良好的蛋白吸附性能和抗菌性能的硝酸纤维素微孔膜，本发明的硝酸纤维素微孔膜生产工艺简单、操作简便。
34.附图说明
35.图1、硝酸纤维素微孔膜的sem图
具体实施方式
36.下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
37.本技术中部分原料的介绍：
38.硝酸纤维素购于河南创越化工产品制造有限公司，货号：unno2556
39.氧化石墨烯购于上海源叶生物科技有限公司，货号：s28018。
40.实施例1
41.硝酸纤维素微孔膜的连续制备方法，由以下步骤组成：
42.(1)铸膜液制备：将25wt％硝酸纤维素、40wt％乙酸乙酯、30wt％正丙醇和5wt％水加入到搅拌罐内，在室温下搅拌24h，过滤，脱气，得到铸膜液；
43.(2)成型：将铸膜液浇铸在连续运行的制膜机平板输送带上，输送带上的铸膜液经过蒸发风速3m/s、温度30℃、相对湿度60％的空气蒸发2min，得到成型硝酸纤维素微孔膜；所述铸膜液厚度为500μm；
44.(3)烘干：将上述成型硝酸纤维素微孔膜置于80℃进行烘干、剥离；
45.(4)定型：将上述剥离的硝酸纤维素微孔膜经过50℃的水清洗后，置于70℃下干燥40min，进行裁切和收卷，得到最终成品，即硝酸纤维素微孔膜。
46.实施例2
47.硝酸纤维素微孔膜的连续制备方法，由以下步骤组成：
48.(1)铸膜液制备：将20wt％硝酸纤维素、5wt％蛋白吸附剂、40wt％乙酸乙酯 30wt％正丙醇和5wt％水加入到搅拌罐内，在室温下搅拌24h，过滤，脱气，得到铸膜液；
49.(2)成型：将铸膜液浇铸在连续运行的制膜机平板输送带上，输送带上的铸膜液经过蒸发风速3m/s、温度30℃、相对湿度60％的空气蒸发2min，得到成型硝酸纤维素微孔膜；所述铸膜液厚度为500μm；
50.(3)烘干：将上述成型硝酸纤维素微孔膜置于80℃进行烘干、剥离；
51.(4)定型：将上述剥离的硝酸纤维素微孔膜经过50℃的水清洗后，置于70℃下干燥40min，进行裁切和收卷，得到最终成品，即硝酸纤维素微孔膜。
52.所述蛋白吸附剂的制备方法如下：将6重量份氧化石墨烯和40重量份水混合，在超声功率300w、超声频率45khz下超声2h，加入6重量份硝酸银、5.5 重量份抗坏血酸和2重量份聚乙烯吡咯烷酮，在4℃下保温1h，再置于室温、 400rpm下搅拌2h，离心，干燥，得到蛋白吸附剂。
53.实施例3
54.硝酸纤维素微孔膜的连续制备方法，由以下步骤组成：
55.(1)铸膜液制备：将20wt％硝酸纤维素、5wt％蛋白吸附剂、40wt％乙酸乙酯、 30wt％正丙醇和5wt％水加入到搅拌罐内，在室温下搅拌24h，过滤，脱气，得到铸膜液；
56.(2)成型：将铸膜液浇铸在连续运行的制膜机平板输送带上，输送带上的铸膜液经过蒸发风速3m/s、温度30℃、相对湿度60％的空气蒸发2min，得到成型硝酸纤维素微孔膜；所述铸膜液厚度为500μm；
57.(3)烘干：将上述成型硝酸纤维素微孔膜置于80℃进行烘干、剥离；
58.(4)定型：将上述剥离的硝酸纤维素微孔膜经过50℃的水清洗后，置于70℃下干燥
30wt％正丙醇和5wt％水加入到搅拌罐内，在室温下搅拌24h，过滤，脱气，得到铸膜液；
77.(2)成型：将铸膜液浇铸在连续运行的制膜机平板输送带上，输送带上的铸膜液经过蒸发风速3m/s、温度30℃、相对湿度60％的空气蒸发2min，得到成型硝酸纤维素微孔膜；所述铸膜液厚度为500μm；
78.(3)烘干：将上述成型硝酸纤维素微孔膜置于80℃进行烘干、剥离；
79.(4)定型：将上述剥离的硝酸纤维素微孔膜经过50℃的水清洗后，置于70℃下干燥40min，进行裁切和收卷，得到最终成品，即硝酸纤维素微孔膜。
80.所述蛋白吸附剂的制备方法如下：
81.s1、在氮气环境下，将7重量份1-丙基-1h-咪唑-2-甲醛、3.5重量份2,4
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二氨基二苯胺和60重量份二甲亚砜混合，在150℃、400rpm下搅拌60h，减压蒸馏，洗涤，干燥，得到中间产物i；
82.s2、将7重量份氧化石墨烯、100重量份四氢呋喃和40重量份水混合，置于超声功率300w、超声频率45khz下超声1h；加入10重量份4-氨基-3-巯基苯甲酸和2重量份1-羟基苯并三唑，在40℃下反应4h，过滤，干燥，得到改性石墨烯；
83.s3、将6重量份上述改性石墨烯和40重量份水混合，在超声功率300w、超声频率45khz下超声2h，加入6重量份硝酸银、5.5重量份抗坏血酸和2重量份聚乙烯吡咯烷酮，在4℃下保温1h，再置于室温、400rpm下搅拌2h，离心，干燥，得到改性石墨烯-纳米银复合材料；
84.s4、将6重量份上述中间产物i和40重量份无水乙醇混合，在600rpm下搅拌20h，得到混合物a；将4重量份上述改性石墨烯-纳米银复合材料与40重量份丙酮混合，在超声功率300w、超声频率45khz下超声30min，得到混合物b；将上述混合物b加入到上述混合物a中，在70℃、600rpm下搅拌2h，减压蒸馏，干燥，得到蛋白吸附剂。
85.实施例6
86.硝酸纤维素微孔膜的连续制备方法，由以下步骤组成：
87.(1)铸膜液制备：将20wt％硝酸纤维素、5wt％蛋白吸附剂、40wt％乙酸乙酯、30wt％正丙醇和5wt％水加入到搅拌罐内，在室温下搅拌24h，过滤，脱气，得到铸膜液；
88.(2)成型：将铸膜液浇铸在连续运行的制膜机平板输送带上，输送带上的铸膜液经过蒸发风速3m/s、温度30℃、相对湿度60％的空气蒸发2min，得到成型硝酸纤维素微孔膜；所述铸膜液厚度为500μm；
89.(3)烘干：将上述成型硝酸纤维素微孔膜置于80℃进行烘干、剥离；
90.(4)定型：将上述剥离的硝酸纤维素微孔膜经过50℃的水清洗后，置于70℃下干燥40min，进行裁切和收卷，得到最终成品，即硝酸纤维素微孔膜。
91.所述蛋白吸附剂的制备方法如下：
92.s1、在氮气环境下，将7重量份1-丙基-1h-咪唑-2-甲醛、3.5重量份2,4
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二氨基二苯胺和60重量份二甲亚砜混合，在150℃、400rpm下搅拌60h，减压蒸馏，洗涤，干燥，得到中间产物i；
93.s2、将7重量份氧化石墨烯、100重量份四氢呋喃和40重量份水混合，置于超声功率300w、超声频率45khz下超声1h；加入6重量份三聚氯氰、4重量份4-氨基-3-巯基苯甲酸和2重量份1-羟基苯并三唑，在40℃下反应4h，过滤，干燥，得到改性石墨烯；
94.s3、将6重量份上述改性石墨烯和40重量份水混合，在超声功率300w、超声频率
45khz下超声2h，加入6重量份硝酸银、5.5重量份抗坏血酸和2重量份聚乙烯吡咯烷酮，在4℃下保温1h，再置于室温、400rpm下搅拌2h，离心，干燥，得到改性石墨烯-纳米银复合材料；
95.s4、将6重量份上述中间产物i和40重量份无水乙醇混合，在600rpm下搅拌20h，得到混合物a；将4重量份上述改性石墨烯-纳米银复合材料与40重量份丙酮混合，在超声功率300w、超声频率45khz下超声30min，得到混合物b；将上述混合物b加入到上述混合物a中，在70℃、600rpm下搅拌2h，减压蒸馏，干燥，得到蛋白吸附剂。
96.测试例1
97.蛋白质截留率测定：采用牛血清白蛋白(bsa)测定硝酸纤维素微孔膜的截留率。将分子量67000g/mol的bsa溶于0.2mol/l的nacl溶液中，配成1.5g/l的 bsa溶液。将其倒入超滤杯中，0.2mpa下，采用实施例制备的硝酸纤维素微孔膜对其进行过滤，过滤完后，根据事先测出的牛血清蛋白标准曲线，用截留率计算公式计算出硝酸纤维素微孔膜对该种分子量蛋白的截留率，每个测试样测试5次，取平均值，结果见表1。
98.表1蛋白质截留率测定结果
[0099] 蛋白质截留率(％)实施例177.9实施例280.4实施例388.4实施例495.6实施例594.1实施例698.5 从上述结果可知，本发明制备得到硝酸纤维素微孔膜具有良好的蛋白质吸附率。在铸膜液制备过程添加蛋白吸附剂，该蛋白吸附剂与硝酸纤维素具有很好的相容性能，能够形成复合多孔膜，提高对蛋白质的吸附性能；石墨烯-银的复合材料，该复合材料中的银与蛋白质中的巯基、氨基具有较好的结合性能，可以有效提高蛋白质的吸附；而中间产物i是一种弄疏水性极强的高分子化合物，具有多孔结构，能够进一步提高蛋白质的吸附。实施例6利用改性剂为三聚氯氰和4-氨基-3-巯基苯甲酸的协同作用，共同提高蛋白质的吸附。其原因是氧化石墨烯与4-氨基-3-巯基苯甲酸反应，使得氧化石墨烯表面的羟基与4-氨基-3-巯基苯甲酸上的羧基反应，制得改性石墨烯，4-氨基-3-巯基苯甲酸中的氨基为ag+提供了丰富的n配位位点，通过配位自组装不仅可以提高ag负载能力，避免了纳米ag的自聚集，同时4-氨基-3-巯基苯甲酸中巯基与s1中制备得到的多孔聚合物中间产物i的结合性更强；三聚氯氰改性石墨烯具有较好的疏水性，与将硝化纤维素的相容性增加，形成更致密的交联结构，三聚氯氰改性石墨烯/硝化纤维素复合材料具有较好的分散性能，提高硝酸硝酸纤维素微孔膜的疏水性能，进而可以提高对蛋白质的吸附性能，二者协同增效，增加蛋白吸附性能。
[0101]
测试例2
[0102]
抗菌性能测试：用tsb细菌培养基于37℃下培养金黄色葡萄球菌或大肠杆菌至浓度为108cfu/ml，用pbs溶液稀释至107cfu/ml；将实施例制备的硝酸纤维素微孔膜作为实验样用打孔器裁成直径为8mm的圆片，用75％酒精灭菌后放入多孔板中，在超净台中将10ul菌液滴加在硝酸纤维素微孔膜表面，将孔板在 37℃恒温振荡箱中培养24h，将10ul菌液滴加
在含有tsb培养基的多孔板中培养作为对照组；用pbs将附着在微孔膜样品上菌液洗下并收集，再用pbs溶液稀释并涂板计数，计算杀菌率(杀菌率＝1-实验样上菌斑数/对照样上菌斑数
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100％)，每个样品测试5组，取平均值，结果见表2。
[0103]
表2抗菌性能测试
[0104][0105][0106]
从上述结果可知，本发明制备得到的硝酸纤维微孔膜具有良好抗菌性能。在铸膜液中添加石墨烯-银的复合材料，该复合材料中的具有良好的抗菌性能。实施例6中氧化石墨烯-银的复合材料具有良好的抗菌性能，同时4-氨基-3-巯基苯甲酸中的氨基为ag+提供了丰富的n配位位点，通过配位自组装不仅可以提高ag负载能力，避免了纳米ag的自聚集，同时4-氨基-3-巯基苯甲酸中巯基与 s1中制备得到的多孔聚合物中间产物i的结合性更强，同时抗菌性能增加。