基于蔗髓季铵盐多糖的纳米纤维凝胶膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于蔗髓季铵盐多糖的纳米纤维凝胶膜的制备方法，该方法将风干的蔗渣原料经筛分后获得蔗髓，蔗髓采用酸性亚氯酸钠/胺基羧酸配合体进行脱木素处理，得到蔗髓多糖，继而将蔗髓多糖采用机械解离的方法获得蔗髓多糖纳米纤维浆料；采用三甲基[3

【技术实现步骤摘要】
基于蔗髓季铵盐多糖的纳米纤维凝胶膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种利用农业固体废弃物
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蔗髓多糖纤维制备具高保水性、强抗菌性的纳米纤维凝胶贴敷膜的工艺，属于天然高分子改性材料


技术介绍

[0002]随着当代消费水平的不断提升，日化产业科研技术的不断渗入和发展，其中护肤类用品的功能性已成为现今时代的焦点。保湿能力是护肤品应具有的最基本的功能，肌肤缺水则会导致皮肤粗糙、肤色黯沉无光泽，从而容易产生黑色素以致皮肤变黑，以及皮肤的明亮度和弹性受不同程度的损害，从而致使皮肤的新陈代谢下降，加速皮肤衰老，因此保湿是皮肤保持良好状态的前提。贴片面膜是以面膜基材（合成或天然片状纤维物）为载体，通过添加或负载功能性精华液敷于人脸上静置5~15min，可起到保湿、清洁、美白等功能性面膜产品。
[0003]贴片面膜是现今用的使用最方便以及最广泛的面膜之一。贴片面膜含有大量的精华液并在面膜纸上分布均匀、比表面积大，进而容易进入到皮肤角质层进而使肌肤更容易吸收。贴片面膜常见的有无纺布面膜、蚕丝面膜、纯棉面膜以及纸浆面膜等，并且面膜纸需要一定的厚度才能稳定地锁住精华液和相对的营养成分。通常，贴片面膜长期处于湿润的状态，极易成为细菌等微生物的培养皿，因此，制造面膜纸和添加精华液时需要添加一定量的防腐剂便于面膜的储存，例如无纺布面膜，由于其制造车间环境较差，通常需要加入大量的防腐剂，尽管市面上所推出的蚕丝面膜具有良好的抗菌抑菌能力，但是由于其成本高，大多不是由真正的蚕丝所制得的面膜纸。因此，植物基多糖高分子（包括纤维素和半纤维素）是现今作为当下最热议的面膜基材。
[0004]纤维素是自然界广泛存在的天然高分子化合物，是取之不尽、用之不竭的可再生能源。作为一种绿色的天然高分子材料，纤维素是D
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吡喃式葡萄糖环由β
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1,4苷键连接而成的高分子线性化合物，其对人体基本无伤害性，因此纤维素是作为面膜纸基材的优良选择。然而，纤维素长链中活性羟基之间通常形成分子内和分子间的氢键，使这种带状、刚性的分子链易于聚集在一起，形成规整性的结晶结构，致使羟基钝化，纤维素大分子很难发生理想的化学和物理改性。再者，由于天然纤维素的抑菌性较差，保水性能欠佳，因此日化贴敷材料中的应用受到了极大的局限性。为了克服上述缺点，纤维素的纳米化处理和功能赋性发挥着重要的作用。纤维素纳米纤维呈现出显著的高比表面积和机械强度，并具有丰富的活性羟基，可进一步功能化赋性。近年来，季铵盐化合物（QAC）由于其高效和广谱的抗微生物特性，因此已广泛用于生物医学领域，水净化系统，以及食品包装材料中。并且QAC具有较长的使用寿命和强安全性能，因此不会释放出任何二次有害物质。因此，具有良好生物相容性的QAC经醚化反应引入至纤维素分子链中是赋予膜基材抗菌性能的有效途径。
[0005]同时，多糖高分子中的半纤维素是由不同聚糖基构成的不均一聚糖，分子量中含有大量的反应性羟基，能够发生酯化、醚化、接枝共聚等改性，从而制备出半纤维素基功能材料。其中，半纤维素基保水凝胶在多个领域中的应用研究屡见不鲜。以丙烯酸和丙烯酰胺
为单体，N,N
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亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，将桉树造纸废液中提取和纯化的半纤维素进行接枝共聚改性，制备得到半纤维素基智能水凝胶，该凝胶具有良好的吸水性和保水性，且具有对pH和温度双重感应的功能性特征，对制浆废液的高附加值利用提供了新的途径。丙烯酸与粘胶废液中分离出的半纤维素进行接枝共聚，获得坚韧且多响应性的水凝胶，该凝最高抗压强度可达105.1~12.9 kPa，其pH敏感性是常规半纤维素基水凝胶的3倍左右；该优异的机械性能和多响应性能，在生物医学领域、废水处理方面具有巨大的潜在应用。综上分析，作为一种环境友好型的贴敷材料，开发完全生物降解型多糖高分子基抗菌保水凝胶膜是可行的，且具有十分重要的经济效益和社会效益。
[0006]自然界中纤维素的三大来源有针叶木、阔叶木以及禾本科植物，而禾本科原料在中国乃至全世界分布极为广泛，且适应生态环境能力强、相对于针叶木、阔叶木的生长周期短，是一种廉价、资源可利用、可再生的生物质。其中，蔗髓是甘蔗榨取其糖分后，剩余少量短小纤维细胞以及主要的薄壁细胞组成的固体残余物，其占蔗渣含量的20%~40%，纤维素、半纤维素和木质素为主要的化学成分。中国是世界中生产甘蔗量最大的国家之一，其中云南是作为我国的甘蔗第二大主产基地，其年蔗糖产量高达190万吨。蔗髓由于纤维细胞短小且薄壁细胞无交织能力，在制浆造纸业的使用受到局限性，因此甘蔗经制糖、制浆造纸等工艺操作或所剩余的蔗髓量是巨大的，现今对蔗髓的利用主要是压缩固化成型制得固体燃料，但由于其热值较低、灰分含量大，燃烧过程热利用率底和对环境的污染较大，一直处于低附加利用价值的状态。蔗髓的的碳水化合物含量高（39.8%纤维素和32.2%半纤维素），从超分子结构上分析，蔗髓细胞壁中的微细纤维的排序无规律，结晶度低，因此呈无序状态分布，且薄壁细胞具柔软可塑、比表面积大。
[0007]综上所述，结合现代日化工业的发展以及消费者的消费相结合，本申请详述以蔗髓为原料制备高保水性，抗菌性强的阳离子改性多糖纳米纤维凝胶膜的工艺流程。该研究不仅提高了甘蔗资源的综合利用效率，并且弥补薄壁细胞多糖高分子研究的空缺，对甘蔗资源的高效利用起到了不断推进的作用。

技术实现思路

[0008]对于日化品的贴片面膜而言，对蔗髓资源的有效利用还没有足够的基础和技术的支撑。传统的贴片面膜由于需要一定的存储时间会添加大量的防腐剂对人体皮肤会造成一定伤害并且面膜纸中精华液的吸附能力不强导致残余在包装袋内造成浪费。因此，本专利技术提供了一种基于蔗髓季铵盐多糖的纳米纤维凝胶膜的制备方法，该方法利用资源丰富且开发程度尚浅的甘蔗渣作为原材料，筛分获得的蔗髓脱木素后继而机械研磨制备成多糖纳米纤维，并将纳米纤维素进行季铵盐醚化和交联反应，制备出阳离子多糖纳米纤维凝胶膜产品，进一步开拓蔗渣的应用领域，使该环保可再生的绿色生物材料得到高效利用。
[0009]实现本专利技术目的工艺技术方案如下：（1）甘蔗渣经风干后进行筛分处理，得蔗髓原料，装袋密封、备用；（2）采用酸性亚氯酸钠/胺基羧酸配合体对蔗髓原料进行脱木素处理，并用去离子水清洗至中性后，得到蔗髓多糖，冷藏保存；（3）将蔗髓多糖采用机械解离的方法得到多糖纳米纤维（PNF）浆料，冷冻干燥后密封保存；
（4）采用三甲基[3
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(三乙氧基硅基)丙基]氯化铵(TTPAC)和N, N
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二甲基乙酰胺(DMAC)混合溶液对PNF进行阳离子改性，反应结束后经透析清洗、减压干燥处理后，得到阳离子多糖纳米纤维（CPNF）；（5）以酒石酸作为交联剂、盐酸作为催化剂，对CPNF进行交联反应，随后真空除气泡、干燥、甘油浴洗涤、烘干干燥、热压成膜，得到蔗髓季铵盐多糖的纳米纤维凝胶膜。
[0010]上述方法的具体操作如下：（1）蔗髓原料的准备：蔗渣风干后经过50~100目的筛子筛分得到蔗髓，装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于蔗髓季铵盐多糖的纳米纤维凝胶膜的制备方法，其特征在于：将风干的蔗渣原料经筛分后获得蔗髓，蔗髓采用酸性亚氯酸钠/胺基羧酸配合体进行脱木素处理，得到蔗髓多糖，继而将蔗髓多糖采用机械解离的方法获得蔗髓多糖纳米纤维浆料；采用三甲基[3
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(三乙氧基硅基)丙基]氯化铵和N, N
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二甲基乙酰胺对蔗髓多糖纳米纤维进行阳离子改性，反应结束后经透析清洗、减压干燥处理，得到阳离子多糖纳米纤维；以酒石酸作为交联剂，盐酸为催化剂对阳离子多糖纳米纤维进行交联反应，随后进行真空除气泡、干燥、甘油浴洗涤、烘干干燥、热压成膜，得到基于蔗髓季铵盐多糖的纳米纤维凝胶膜。2.根据权利要求 1 所述的基于蔗髓季铵盐多糖的纳米纤维凝胶膜的制备方法，其特征在于具体操作如下：（1）将风干的蔗渣经过50~100目的筛子筛分得到蔗髓；（2）在10~20g蔗髓中加入400~800mL去离子水、7.5g~15g亚氯酸钠、5~10mL冰醋酸和1.5mg~10mg2
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氨基环己羧酸，混匀后置于80~85℃恒温水浴中处理0.5~1.5h后，再次加入5~10g的亚氯酸钠和3~7mL的冰醋酸反应0.5~1.5h并重复此操作3~5次，反应完毕后室温冷却，将反应物转至1500~2500目尼龙网袋中用去离子水浸泡洗涤，直至物料pH为中性，脱除水...

【专利技术属性】
技术研发人员：高嘉咏，高欣，张恒，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：