[发明专利]一种甲壳素水凝胶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种甲壳素水凝胶及其制备方法，属于高分子材料和可再生资源领域。

背景技术

甲壳素是地球上含量仅次于甲壳素的可再生资源，而且甲壳素材料废弃后可被微生物分解，属于环境友好材料。不使用也不产生有害物质，利用可再生资源生产环境友好材料是当今世界前沿领域。近来，水凝胶的制备和应用发展比较迅速，诸多优点如吸水性、环境敏感性、保水性、生物相容性等使其备受关注，特别是基于天然高分子水凝胶的制备引起科研工作者的广泛重视。甲壳素很难溶于一般溶剂中，因此尚未见到直接溶解甲壳素后制备水凝胶或其他材料的报道，迄今为止，只有壳聚糖水凝胶的报道，尚未发现有关甲壳素水凝胶的任何报道。而但由于壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的产物，所以以壳聚糖为原料加大了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种甲壳素水凝胶及其制备方法和用途。

本发明甲壳素水凝胶，其是由甲壳素水溶液经交联反应凝胶化后制得。所述甲壳素水溶液中甲壳素含量优选为0.5～3wt％。用于交联反应的交联剂包括但不限于：戊二醛、甲醛、环氧氯丙烷等。优选为环氧氯丙烷。所述甲壳素采用常规甲壳素即可，较佳地是采用重均分子量为1×10⁵～2×10⁶的甲壳素，优选为1×10⁵～5×10⁵。

本发明还提供上述甲壳素水凝胶的制备方法，其包括如下步骤：1)制备甲壳素水溶液；2)向甲壳素水溶液中加入交联剂；3)置于凝胶化温度下直至形成凝胶。

其中步骤1)制备甲壳素水溶液的方法可以是将甲壳素加入到含NaOH 8～12wt％、尿素4～12wt％的水溶液中，通过冷冻再解冻过程使甲壳素溶解。所述冷冻再解冻过程可采用在-10～-20℃冷冻5～24小时，再解冻搅拌。冷冻再解冻的目的是使甲壳素容易溶解，冷冻温度可以再提高或者降低，达到溶解的目的即可。

其中步骤2)中所述交联剂的为环氧氯丙烷，按照每10g甲壳素水溶液滴入1～1.5ml环氧氯丙烷。

其中步骤3)是将加入交联剂后的溶液在30～80℃下处理0.5～12小时。在该条件下，溶液进行交联反应，并实现凝胶化。

在凝胶化后，还可进一步用水冲洗以去除凝胶中残留的NaOH、尿素和交联剂。例如用蒸馏水进行反复冲洗。

本发明水凝胶是以甲壳素为原料制得的，甲壳素是生物质原料，因此所得产品具有较好的生物相容性和生物可降解性。这种可生物降解的甲壳素水凝胶可以应用于水处理吸附剂、生物医用、药物的控制释放等领域。

本发明以甲壳素为原料，直接用溶剂溶解不需要衍生化，溶解过程为简捷、无污染。将甲壳素直接在溶液中进行交联，交联反应十分迅速，对温度要求不高，有利于工业化生产，废液容易回收循环使用。本发明以氢氧化钠、尿素、水为原料，价格便宜，操作简单方便，对环境无污染。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

将0.1克甲壳素(重均分子量M_w＝1.6×10⁵)分散于9.9克含8wt％NaOH和4wt％尿素的混合水溶液中，预冷至-20℃，24小时后解冻搅拌得到透明的甲壳素溶液，甲壳素溶液浓度为1wt％。然后将1ml的环氧氯丙烷滴加到混合溶液中，升温至凝胶温度30℃，2小时后得到甲壳素水凝胶。将形成的甲壳素水凝胶反复用蒸馏水冲洗、去除残留的NaOH、尿素和交联剂环氧氯丙烷。得到的甲壳素水凝胶的压缩强度为9.5千帕。

实施例2

将0.2克甲壳素(重均分子量M_w＝2.5×10⁵)分散于9.8克含10wt％NaOH和12wt％尿素的混合水溶液中，预冷至-10℃，24小时后解冻搅拌得到透明的甲壳素溶液，甲壳素溶液浓度为2wt％。将1ml的环氧氯丙烷滴加到混合溶液中，升温至凝胶温度60℃，0.5小时后得到甲壳素水凝胶。将形成的甲壳素水凝胶反复用蒸馏水冲洗、去除残留的NaOH、尿素和交联剂环氧氯丙烷。得到的甲壳素水凝胶的压缩强度为22千帕。

实施例3