两种海藻酸钙膜的制备及吸水性能【优秀资料】

两种海藻酸钙膜的制备及吸水性

能【优秀资料】

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第26卷第4期高分子材料科学与工程

Vol.26,No.4 2021年4月

POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING

Apr.2021

两种海藻酸钙膜的制备及吸水性能

郝晓丽,夏延致,王兵兵,纪全,孔庆山,隋坤艳

(青岛大学纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培育基地,山东青岛266071

摘要:分别采用冷冻干燥法和自然晾干法制备海藻酸钙膜材料,考察比较了两种海藻酸钙膜材料的形貌及吸水性能。海藻酸钙自然晾干膜为无色透明膜,冻干膜为白色海绵膜,且冻干膜与晾干膜相比具有开放、贯通的多孔结构,其孔径介于100L m ~200L m 之间。海藻酸钠质量百分比含量为2%时,晾干膜和冻干膜对蒸馏水的吸水率分别为78.7%和985.0%,经3500r /min 离心3min 后保水率分别为42.5%和81.8%,两膜材料均具有较好的重复使用性能,其中反复吸水2放水4次后冻干膜的吸水率仍高达869.4%。关键词:海藻酸钙;冷冻干燥;多孔膜;吸水性能

收稿日期:2021207221

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50673046

海藻酸钠是从海带等褐藻中提取的一种天然多糖,是由a 2L 2古罗糖醛酸和B 2D 2甘露糖醛酸经a (1-4糖苷键构成的一种无规线型嵌段共聚物[1]。作为一种聚阴离子电解质,海藻酸钠分子链中含有大量游离的羧基和羟基,与金属离子有较强的络合能力,能够通过络合及离子交换,与Ca 2+

等多价金属阳离子形成稳定的螯合物,海藻酸钙的/蛋2盒0结构模型[2]。

鉴于海藻酸盐类良好的成膜性、安全性和可降解性能,其在食品、医药、纺织印染等众多领域已经得到广泛的应用[3~5]

。近年来,海藻酸盐在医用敷料、细胞培养、释控载体及水处理等领域的应用研究已成为热点课题,为了提高吸水及吸附性能、增加比表面积和利于细胞组织附着,通常要求高分子膜材料具有开放的多孔结构。文献提及的多孔膜的常规制备方法主要有相转化法、溶胶2凝胶法、模板浸出法和冷冻干燥法等[6~9]。

本文采用自然晾干和冷冻干燥方法制备了两种海藻酸钙膜材料,探讨比较了两种膜材料的形貌特征及吸水保水性能,为海藻酸盐多孔膜材料在医用敷料等方面应用提供有力依据。1 实验部分

1.1 材料与仪器

LGJ 212型冷冻干燥机:北京松源华兴科技发展有

限公司;JSM 26390LV 扫描电镜:日本JEOL 公司;Anke T DL 240B 型离心机:上海安亭科学仪器厂;海藻酸钠:青岛明月海藻集团,食品级;其它化学试剂均为分析纯,所用水为蒸馏水。1.2 海藻酸钙晾干膜的制备

配制质量百分数为2%的海藻酸钠水溶液,静置24h 消泡备用。称取一定量海藻酸钠溶液浇铸于培养皿中,室温(约20e 下自然晾干成膜,经5%氯化钙充分交联,蒸馏水多次冲洗后,干燥得海藻酸钙晾干膜。

1.3 海藻酸钙冻干膜的制备

称取一定量经消泡的2%海藻酸钠溶液浇铸于培养皿中,低温(-5e 下经预冻成型,待试样完全冻结后放到真空冷冻干燥箱中,-55e 抽真空冷冻干燥得到海藻酸钠多孔膜。经5%氯化钙充分交联,蒸馏水多次冲洗,干燥得海藻酸钙冻干膜。1.4 扫描电子显微镜分析(SEM

JSM 26390LV 型扫描电镜观测海藻酸钙膜的表面形貌,扫描样品经喷金处理,扫描电压为2021kV 。1.5 吸水率测试

裁取1cm @1cm 的膜材料,称干质量为M d (g,浸入蒸馏水中24h 后取出,滤纸迅速吸去表面水分,称湿质量为M w (g,吸水率按式(1计算:

吸水率=

M w -M d

M d

(1

1.6 保水率测试

吸水率测试后的样品放入离心管内,经3500r/min 离心3min 后取出,称量为M h (g。保水率按式(2计算:

保水率=

M h -M d

M d

(2

1.7 重复使用率评价

重复使用率指样品放水后重复吸水的能力,即将吸水率测试后的试样干燥至恒量,重复1.5节的吸水率测试。

2 结果与讨论

2.1 膜材料的形貌分析

Fig.1为海藻酸盐膜材料的外观照片,采用自然晾干法制备的海藻酸钠膜(a为光滑的透明薄膜,交联后的海藻酸钙膜(b表面有一定程度的褶皱,手触感觉较脆。采用冷冻干燥法制备过程中,低温预冻时聚合物高分子链周围的水冷却成冰,冷冻干燥时直接升华形成孔洞结构。所得的海藻酸钠冻干膜(c为白色或乳白色的多孔海绵,表面较为平整,手触感觉富有弹性,柔韧性较好,交联后的海藻酸钙膜(d变薄,为更为

致密的多孔海绵。

Fig.1 Photographs of membranes

a:normal 2dried sodium alginate;b:normal 2dried calcium alginate;c:freeze 2dried sodium alginate;d:freeze 2dried calcium alginate

海藻酸钙冻干膜的扫描电镜照片如Fig.2所示,

膜材料表面为致密的不规则多孔状结构,孔的形状以圆形或椭圆形为主,孔隙相互贯通,孔径介于100L m ~200L m 之间。多孔结构可为水分子进出提供通道,

提示该海绵状冻干膜材料具有较高的吸水保水性能。

Fig.2 S EM photos of fr eeze 2dried membrane

a:transvers al cross 2secti on;b:pores

2.2 膜材料的吸水和保水性能

高分子膜材料应用于医用敷料和水处理材料时,通常要求具有较好的吸水性能。海藻酸钠浓度为2%时,两种膜材料对蒸馏水的吸水率和保水率结果见T ab.1。

海藻酸钙冻干多孔膜对蒸馏水表现出了优异吸水