[发明专利]一种微观形貌可控的壳聚糖气凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供一种微观形貌可控的壳聚糖气凝胶及其制备方法，提出一种新的氧化方法用于壳聚糖分子链的化学改性，以实现壳聚糖气凝胶的微观结构形貌可控；在壳聚糖溶胶中引入选择性氧化处理过的壳聚糖衍生物，经二氧化碳超临界干燥制得微观形貌可控的壳聚糖气凝胶，然后对制备的壳聚糖气凝胶的微观形貌、化学组成和物理性质等进行分析，并提出可能的壳聚糖气凝胶生长机理，发现通过添加选择氧化处理得到的壳聚糖衍生物确实可以调控壳聚糖气凝胶的微观结构。

技术领域

本发明涉及有有机气凝胶技术领域，具体的涉及通过调控化学基团来实现材料微结构的调控，特别涉及一种微观形貌可控的壳聚糖气凝胶及其制备方法。

背景技术

壳聚糖作为自然界中储量仅次于纤维素的第二大类天然高分子材料，是唯一一种可生物再生的碱性多糖类高分子，壳聚糖由甲壳素经脱乙酰化处理得到的，具有来源丰富、生物相容性好、环境可降解、药物活性高和抗菌性强等基本特点，广泛应用于食品工业、纺织工业、化学工业和环境保护等领域，因此，对壳聚糖的开发与应用研究具有重要意义。

众所周知，气凝胶具有吸附、催化、隔热和药物缓释等多领域应用潜力。因此合成壳聚糖气凝胶就显得尤为重要，当前制备壳聚糖气凝胶形成相应凝胶的机制大致有以下两种：第一，依据物理性原理通过氢键等作用在碱性环境下由壳聚糖溶液生成其凝胶；第二，依据化学性原理，通过发生化学交联反应使壳聚糖溶液与柠檬酸、京尼平、六亚甲基四胺、六亚甲基四胺、NHS(N-羟基琥珀酰亚胺)、EDC(可溶于水的碳二亚胺)、甲醛、乙醛、乙二醛、丁二醛、戊二醛等反应产生凝胶。

然而，采用上述现有方法制备得到的壳聚糖气凝胶往往不具有可控(指可调控)微纳结构，合成具有可控(指可调控)微纳结构的壳聚糖气凝胶目前仍颇具挑战。就气凝胶而言，假如在凝胶化学反应中，使网络骨架生长过程中新增加一种或几种作用力或效应，比如化学反应、静电作用、氢键作用和空间位阻等，那么就有可能实现调控材料微观形貌结构的目标。众所周知，材料的结构决定性能，性能决定用途，如果能够理清材料的结构和性能之间的构关系，那么通过调控材料的微纳尺度结构，就可设计性的获得具有特定性能的功能材料。在壳聚糖溶胶中引入选择性氧化处理过的壳聚糖衍生物经二氧化碳超临界干燥制得微观形貌可控的壳聚糖气凝胶，然后对制备的壳聚糖气凝胶的微观形貌、化学组成和物理性等进行分析，并提出可能的壳聚糖气凝胶生长机理，发现通过添加选择性氧化处理得到的壳聚糖衍生物确实可以调控壳聚糖气凝胶的微观结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的氧化方法用于壳聚糖分子链的化学改性，通过调控化学基团来实现材料微结构的调控进而实现壳聚糖气凝胶的微观结构形貌可控。

本发明提供的一种微观形貌可控的壳聚糖气凝胶，该壳聚糖气凝胶制备原料包括壳聚糖、乙醇水溶剂、氧化剂、交联剂以及有机溶剂。

本发明还提供的一种微观形貌可控的壳聚糖气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、壳聚糖醇水凝胶的制备：将壳聚糖溶解于乙醇水溶剂中得到壳聚糖溶液，在所述壳聚糖溶液中加入通过氧化剂选择性氧化得到具有-CHO和/或-COOH的氧化壳聚糖，然后在壳聚糖溶液中引入所述的氧化壳聚糖，之后添加交联剂溶液会发生美拉德反应，然后与另一个氨基连续反应形成交联的N-C-N键，通过整合另一个-NH₂基团进一步形成N-C-N交联剂，最后搅拌静置得到壳聚糖醇水凝胶；

美拉德反应：来自交联剂的醛基与来自壳聚糖的氨基反应生成-N＝CH₂的席夫碱；

步骤二、老化：所述壳聚糖醇水凝胶经过老化后得到成熟壳聚糖醇水凝胶；

步骤三、有机溶剂置换：用有机溶剂置换所述成熟壳聚糖醇水凝胶中的乙醇水溶剂2～7天；

步骤四、干燥：经干燥得到壳聚糖气凝胶。