專利名稱：：一種新型殼聚糖季銨鹽工業化生產方法
技術領域：
：本發明屬于化學生產領域，具體地說是一種化學物的制備方法的改進。
背景技術：
：目前國內外已經有多種生產殼聚糖季銨鹽的生產方法，但都能限定在實驗室條件，不能進行工業化生產，主要是由于其制備條件苛刻且制備成本昂貴①這種制備方法需要將殼聚糖磨碎之后才能加入體系反應，且反應速度很慢，12個小時的產率才6％左右；②這種制備方法的反應體系為丙酮，工業化生產時不但成本很高，而且極易發生生產事故；③對該產品的性能未能進行深入探索。
發明內容1、發明的目的。甲殼素從海鮮垃圾如蝦殼蟹殼中提取，脫去部分乙酰基后得到產物為殼聚糖，圖1是二者的分子結構圖，可見到甲殼素C2位上的乙酰基已經脫去。殼聚糖季銨化后產物季銨鹽由于其特殊性質，使之在很多領域都有很廣闊的應用前景，比如在醫藥、化妝品、水處理等領域的應用。在醫藥領域殼聚糖季銨鹽可作為藥物吸收的增強劑，殼聚糖季銨鹽本身具有良好的血液相容性，可作為一種新型的天然生物醫用材料是因為它。例如可提高抗凝血性能，可防止血清膽甾醇值上升；另外殼聚糖季銨鹽可用來制作各種功能膜以及應用在水處理方面，發展潛力巨大。在化妝品領域保濕劑是化妝品中不可缺少的重要成分，它在化妝品中起著濕潤皮膚的作用。保濕劑種類很多，其中來源于生物體的保濕劑一透明質酸(簡稱HA)是一種性能極佳的保濕劑。HA對人體皮膚無任何刺激性，應用到化妝品中，對皮膚有滋潤作用，可使皮膚富有彈性、光滑、延緩皮膚老化。但其制備工藝復雜，成本較高，這在一定程度上制約了HA的廣泛應用。為此，人們不斷研究開發與其作用相似的產品。因此本人在前人研究的基礎上，尋求一種反應條件簡單，操作更加簡便，低成本的生產方法，使得殼聚糖季銨鹽能廣泛的應用在各個領域。2、本發明的詳細描述。殼聚糖季銨鹽工業化制備方法先將殼聚糖溶解于乙酸稀溶液中，調節pH值至9，使殼聚糖析出，然后將殼聚糖置于反應容器。加入pH＝9的水溶劑，攪拌，升溫。加入一定量的縮水甘油三甲基氯化銨，在一定溫度下反應一段時間。產物用乙醇沉淀，過濾，用70％的乙醇/水溶液洗滌，得粗產品。圖2是該反應的流程圖。精制少量作樣品分析粗產品用水溶解，過濾，濾液加入丙酮使之沉淀，收集沉淀。反復沉淀一次，產品用水溶解，用分子量1×104的透析膜透析48h，透析液減壓濃縮至干，真空干燥。取代度的測定稱取純化后的樣品，用AgNO3標樣溶液滴定樣品中Cl-，按下面公式計算殼聚糖季銨鹽的取代度DSDS%=VMVM+(W-VM×314)/161100%]]>其中W為樣品重，V為消耗的AgNO3體積，M為AgNO3溶液的濃度，314為每單元殼聚糖季銨鹽分子量，161為每單元殼聚糖分子量。分子量的測定用TSK-G5000PW為色譜分離柱，用示差折光檢測器(RI-150)檢測，在TSP高效液相色譜儀(P100泵)上，以0.2MHAc/0.1MNaAc為流動相，流速1.0ml/min，在30℃測定殼聚糖的分子量。紅外光譜和13CNMR的測定干燥樣品用KBr壓片制樣，用ThermoNicolet紅外光譜儀測定紅外譜圖；將純殼聚糖季銨鹽溶于D2O中，用VarianV×300記錄13CNMR。殼聚糖季銨鹽的結構表征圖3是殼聚糖(CS)及其殼聚糖季銨鹽(HACC)的紅外光譜圖。在殼聚糖的紅外光譜圖中，1597cm-1強吸收峰歸屬于氨基的伸縮振動。當取代度比較低時，1597cm-1吸收峰強度減小，同時出現1480cm-1-CH3的C-H彎曲振動強吸收峰，見圖中CSP1；在取代度較高的CSP3的譜圖中，強吸收峰1597cm-1消失，在1480cm-1處出現-CH3的C-H彎曲振動強吸收峰。表明N上引入了羥丙基三甲基氯化銨的季銨鹽側鏈。圖4是殼聚糖季銨鹽的13C-NMR圖。化學位移δ＝102.6，65.1，73.5，75.1，78.0，60.8ppm吸收峰分別對應氨基葡萄糖吡喃環中的C-1，C-2，C-3，C-4，C-5，C-6；季銨鹽支鏈上的C-1★，C-2★，C-3★對應的吸收峰分別出現在δ＝52.1，69.5，65.6ppmδ＝54.6ppm對應于季銨鹽支鏈上與氮連接的三個甲基C-4★，證明反應合成了殼聚糖季銨鹽。3、本發明有益效果。根據以上描述，本制備方法改進了前人研究方法的一些不足之處，并取得了一定的有益效果，具體說明如下①采用先江殼聚糖溶解在弱酸溶劑中(本方法中采用廉價的乙酸)，然后加入堿性物質，在弱堿中溶出，這時的殼聚糖為絮狀物質，表面積大大增加，反應速度大大提高，一般在8小時即可達到8％的產率。②在弱堿性的水體系中即可以反應，操作簡便易行，可實現工業化生產；以前的制備體系為丙酮或其它非極性有機溶劑，制備成本較高且易發生生產事故。③對該產品殼聚糖季銨鹽在吸濕保濕性能、水處理方面、抗菌方面性能均作了系統的研究，指出了殼聚糖季銨鹽結構和這些性能之間的關系，可以根據不同的性能要求靶向生產出不同的殼聚糖季銨鹽。④在溫度因素方面，殼聚糖季銨鹽的取代度75℃達最大，比以前方法降低了15℃。⑤在反應時間方面，在9小時后即達到反應平衡，比以前方法縮短了3-5小時。控制反應溫度在30～90℃，反應時間3～10h，投料比為1∶1～1∶4，可以得到取代度15～90％，分子量1萬到100萬的羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖。因此可以通過控制不同的反應條件制備不同性能的殼聚糖季銨鹽。并通過制備不同的結構的殼聚糖季銨鹽，應用在各個領域，具體性能在第五部分，實施例中表述。具體實施例方式1、吸濕保濕性能將殼聚糖季銨鹽配成2％(W/V)的溶液，水浴加熱到60℃，用超聲波降解；加入一定量的H2O2，反應一段時間后，滴加Na2SO3還原未反應的H2O2。溶液用透析膜透析2天，減壓干燥。將試樣制成粉末，在以五氧化二磷為干燥劑的真空干燥器中干燥24h，進行吸濕和保濕實驗。吸濕實驗準確稱取0.5g干燥試樣，放置在廣口的稱量瓶中，將稱量瓶分別放置在控溫20℃的干燥器中。用硫酸銨飽和水溶液控制干燥器的相對濕度(R.H.)為81％，碳酸鉀飽和水溶液控制干燥器的相對濕度(R.H.)為43％。經過一定時間稱重，吸濕率Ra(％)＝100×(Wn-Wo)/Wo，Wo為放置前重量，Wn為放置后重量。保濕實驗準確稱取0.5g含10％水分的試樣，放置在廣口的稱量瓶中，將稱量瓶分別放置在控溫20℃，裝有碳酸鉀飽和水溶液(控制干燥器的相對濕度為43％)及硅膠的干燥器中。保水率Rh(％)＝100×Hn/Ho，Ho、Hn為放置前后樣品中的水分重量。透明質酸鈉(HA)，乳酸鈉(LAC)進行同步比較實驗。2、抗菌性能研究培養基的配制瓊脂17g，牛肉浸膏5g，蛋白胨10.0g，NaCl5.0g，加水1000ml，調pH值至7.0-7.2，消毒后備用。細菌接種與培養0.2％的殼聚糖季銨鹽溶液，消毒后備用。選用金黃色葡萄球菌為革蘭氏陽性菌代表，大腸桿菌為革蘭氏陰性菌代表。將大腸桿菌和金黃色葡萄球菌接種于培養基中，然后在培養基表面皿中滴入半滴不同取代度和不同分子量的殼聚糖季銨鹽溶液，在37℃培養24h，觀察抑菌圈，用游標卡尺測抑菌圈直徑的大小。每個樣品平行3個樣，取平均值。3、水處理性能研究配制高濁度(1000mg/L)、中濁度(300mg/L)、低濁度(50mg/L)的高嶺土廢水，取一定量試驗廢水于錐形瓶中，調節廢水pH值，準確加殼聚糖季銨鹽，用磁力攪拌器先快速攪拌5min，后慢速攪拌10min，再將處理廢水靜置10min，取上層清液用紫外分光光度計于680nm測定其吸光度，按標準曲線換成溶度，按下式計算濁度去除率。Co代表處理前的高嶺土溶度；Cn代表處理后的高嶺土溶度4、殼聚糖季銨鹽的各項性能如下表述殼聚糖季銨鹽的抗菌性能可用下表來說明<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="718">水CHITOSAN殼聚糖季銨鹽分子量大腸桿菌金黃色葡萄球菌000.19×10410.87.08×1041.71.6</table></tables>上表中的數據為各自的抑菌圈大小，抑菌圈越大說明抗菌性能越好。圖5是殼聚糖季銨鹽的吸濕保濕性能圖。圖中數字意義如下1RH＝43％時保濕率；2RH＝81％時吸濕率；3RH＝43％時吸濕率；4硅膠中的保濕率可以看出在取代度為45％和75％的時候，季銨鹽的吸濕保濕性能最好。殼聚糖季銨鹽的水處理性能如下不論在酸性或堿性條件下，絮凝性能隨取代度升高而先升高后降低，取代度約為75％時的絮凝效果最好，投藥量小，濁度去除率高。絮凝性能隨分子量增大而上升，當分子量增大至18萬以上，絮凝性能隨分子量變化不大。用取代度為72％、分子量為20萬的殼聚糖季銨鹽絮凝劑，對長江水，味精廠廢水，造紙廠廢水進行處理，均取得了較好的絮凝效果，說明殼聚糖季銨鹽在水處理中具有很好的應用前景。高濁度體系中不同取代度的殼聚糖季銨鹽的絮凝效果不同分子量殼聚糖季銨鹽的絮凝結果由上述可知，利用這種改進的生產方法，可以降低反應難度，加快反應速度，且能降低生產成本，使得殼聚糖季銨鹽的生產能夠實現工業化、大批量的生產，殼聚糖季銨鹽也能夠大量應用在水處理、吸濕保濕、抗菌等各個領域。權利要求1.一種利用經過特殊預處理的殼聚糖和縮水甘油三甲基氯化銨在水體系中反應，工業化生產殼聚糖季銨鹽的方法。2.根據權利要求1所述的方法，其特征是反應物殼聚糖的脫乙酰度大于60％，分子量可以任意大小。3.根據權利要求1所述的方法，其特征是殼聚糖反應前經過了乙酸溶解，然后加堿呈絮狀物溶出處理。4.根據權利要求1所述的方法，其特征是反應體系為水體系，或者其它極性溶劑體系。5.根據權利要求1所述的方法，其特征是反應體系為堿性，pH值在8-10在之間。6.根據權利要求2-5所述的條件，其特征是產品的結構是可控性的。7.根據權利要求3所述的方法，其特征是酸可以是乙酸、草酸或者其它弱酸；堿可以是NaOH或者其它強堿性化合物。8.根據權利要求6所述的方法，其特征是可以根據不同的實用要求，靶向制備出不同取代度和分子量的殼聚糖季銨鹽。全文摘要本發明是在前人研究的基礎上，尋求一種殼聚糖季銨鹽的工業化生產方法先對殼聚糖進行預處理，使之成絮狀物進入反應，然后通過改變原本的丙酮反應體系，在堿性條件下、水體系中利用殼聚糖和縮水甘油三甲基氯化銨合成殼聚糖季銨鹽。同時對該方法的其他反應條件進行了研究，提出了一種殼聚糖季銨鹽的可控性生產方法。文檔編號C08B37/08GK1752111SQ20041008307公開日2006年3月29日申請日期2004年9月24日優先權日2004年9月24日發明者樊木申請人:樊木