油包水乳液的制备及其在制备海藻酸钠微球中的应用_罗雪芹.pdf

2023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.1doi:10.3969/j.issn.1004-275X.2023.01.08油包水乳液的制备及其在制备海藻酸钠微球中的应用*罗雪芹，李璐伶，杨霞，姜峰，高和军(西华师范大学化学化工学院，四川南充637002)摘要:乳液模板法是制备海藻酸钠微球的有效方法之一。然而，较低的内相体积分数限制了该方法的应用。为了提高内相体积分数，开展了以海藻酸钠溶液为内相、煤油为外相的油包水乳液制备研究。研究了搅拌速度、内相体积分数和乳化剂加量对乳液性能的影响。结果表明，搅拌速度为 1000 r/min，乳化剂加量为 6%，内相体积分数为 75%时，可形成液滴尺寸较小且分布均匀的乳液。以该乳液为模板，制备出了圆整度较好，粒径分布均匀，平均粒径在 7 m 左右的海藻酸钠微球。关键词:乳液;内相体积;海藻酸钠;微球中图分类号:TE39文献标识码:A文章编号:1004 275X(2023)01 0029 04High Internal Phase Emulsion:Synthesis and its Application forPreparing Sodium Alginate Microspheres*Luo Xueqin，Li Luling，Yang Xia，Jiang Feng，Gao Hejun(School of Chemistry and Chemical Engineering，China West Normal University，Sichuan，Nanchong 637002，China)Abstract:Emulsion template is a valid method to prepare sodium alginate microsphere However，the method is limited by the low internalphase volume In this study，water in oil emulsion with high internal phase volume was prepared by using sodium alginate solution(internalphase)and kerosene(external phase)The effect of rotate rate，internal phase volume and emulsifier dosage on the ability of the emulsion wasresearched The results showed that the emulsion with small and uniform size can be prepared at the condition of 1000 r/min of rotate rate，6%of emulsifier and 75%of internal phase volume Then，sodium alginate microsphere with uniform size was prepared by using the emulsion tem-plate The average size of the microsphere was about 7 mKey words:emulsion;internal phase volume;sodium alginate;microsphere海藻酸钠由 D 甘露糖醛酸(D mannu-ronic，M)和 L 古洛糖醛酸(L guluronic，G)连接而成，是一种天然的聚阴离子多糖，其分子结构中含有大量羟基和羧基。利用羧基能够与二价阳离子(如 Ca2+)发生交联反应的特点，可以将海藻酸钠制成微球 1 3。因反应条件温和、制备工艺简单，海藻酸钠微球成为医药和环保领域的研究热点，广泛用于药物的缓释载体、吸附剂吸附污水中重金属离子等 4 7。目前制备海藻酸钠微球的方法主要包括注滴法、喷雾干燥法、静电造粒法和乳液模板法等8 10。注滴法制备时其粒径及微球形貌会受到液滴下落距离、针头孔径以及溶液黏度等因素的影响，条件不易控制，因此不适用于大规模生产。喷雾干燥法制备时需要较高的温度条件，对微球负载的药物或因子有选择性，且微球需要经破裂、膨胀以及收缩等过程，这些操作会影响微球的形貌。由静电造粒法制备的微球均匀性较好、形状较规则、表面较光滑，制备过程相对温和，但是制备工艺较复杂，对仪器方面有较高要求，因此也不适宜大规模生产。乳液模板法是在乳化剂的作用下，将海藻酸钠溶液与油相进行混合搅拌，得到稳定的油包水乳液11。以该乳液为模板，引入钙离子，将海藻酸钠进行交联，即可得到与乳液液滴尺寸和形貌类似的海藻酸钠微球。该方法可应用于大批量生产，制备粒径小、分散性好的微球，能够通过调节乳液液滴的尺寸调控微球的粒径，满足不同的应用需求12。然而，常规乳液的内相体积分数较低，通常在50%左右13 15。较低的内相体积分数导致乳液液滴粒径分布较宽、分散性差，导致固化后得到的海藻酸钠微球的有效产量降低，微球粒径分布宽且粘连严重，影响实际生产效率16 18。此外，较低的内相体积分数也使得乳液黏度较低、乳液液滴大小不一且容易聚并，导致微球黏连，尺寸分布不均19，20。因此，提高内相体积分数是解决问题的关键21，22。为此，本文基于一种哌嗪基乳化剂，制备了以海藻酸钠溶液为内相、煤油为外相的油包水乳液，研究了搅拌速度、内相体积分数和乳化剂加量对乳液性能的影响，确定了乳液模板的配方。其中，内相体积分数可达到 75%。该条件下，乳液液滴尺寸较小且分布均一。以该乳液为模板，能够制备出圆整度较高、尺寸分布均一的海藻酸钠微球。这种通过提高内相体积分数制备海藻酸钠微球的方法，能够显著提高微球的生产效率，具有较高的应用价值。922023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.11实验部分1.1试剂及仪器海藻酸钠、煤油，上海阿拉丁试剂;无水氯化钙、无水乙醇，成都市科隆化学品有限公司;乳化剂(EA AEP)，实验室自制。FE SEM 型扫描电子显微镜，Gemini500;SHZ D()型循环水真空泵，巩义市于华仪器有限责任公司;CX40 光学显微镜，宁波舜宇仪器有限公司;BHS 4 型恒温水浴锅，上海垒固;DF 101S 集热式恒温加热磁力搅拌器;OS40 Pro 数显顶置式电动搅拌器，DLAB 科 学 有 限 公 司;2WV C 黏 度 仪，BOOKFIELD，USA;KQ2200B 超声波清洗器，巩义市予华仪器有限责任公司;SQP 电子天平，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司。1.2海藻酸钠微球的制备称取 6 g 海藻酸钠，缓慢加入到 394 mL 蒸馏水中，搅拌 30 min，静置脱泡 6 h，得到质量分数为1.5%的海藻酸钠溶液作为内相;称取一定量 EA AEP，使其溶于煤油中作为油相;配制质量分数为6%的氯化钙溶液作为交联剂。在 50 的条件下，将水相加入油相中，机械搅拌 30 min，制备出油包水乳液。向乳液中滴加氯化钙溶液，反应 10 min。加入无水乙醇破乳后，抽滤得到海藻酸钠微球。2结果与分析2.1搅拌速度对乳液性能的影响固定乳化剂加量为 6%、内相体积分数为 75%，研究搅拌速度对乳液性能的影响，如图 1 所示。从图中可以看出，随着搅拌速度的升高，乳液黏度升高。在较低搅拌速度条件下，乳液液滴尺寸较大，大小分布极不均匀，不利于微球的制备。当搅拌速度升高至1000 r/min 时，乳液液滴被剪切分散成小液滴，且尺寸均一。此时，液滴之间相互靠近，流动阻力升高，黏度升高。因此，确定最佳搅拌速度为 1000 r/min。2.2内相体积分数对乳液性能的影响固定乳化剂加量为 6%，搅拌速度为 1000 r/min，研究内相体积分数对乳液性能的影响，如图 2 所示。内相体积分数与乳液黏度呈正相关性。内相体积分数较低时，大量煤油未参与乳化，乳液液滴较大。随着内相体积分数升高，更多的煤油参与乳化，形成均一的油包水乳液。然而，当内相体积分数升高至 85%时，许多乳液液滴因为相互挤压而变形，不利于后期微球圆整度的提高，因而选择内相体积分数为 75%。(a)黏度曲线(b)乳液显微镜图图 1搅拌速度对乳液性能的影响(a)黏度曲线(b)乳液显微镜图图 2内相体积分数对乳液性能的影响032023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.12.3乳化剂加量对乳液性能的影响在搅拌速度和内相体积分数的研究基础上，考察了乳化剂加量对乳液性能的影响，如图3 所示。从黏度曲线中可以看出，随着乳化剂加量的升高，乳液黏度升高。乳液的乳化程度与乳化剂加量密切相关。乳化剂能够降低表面张力，有利于形成稳定油水界面。同等条件下，随着乳化剂含量的升高，乳液液滴更容易分散成尺寸均一的小液滴。当乳化剂含量达到 6%时，乳液液滴已经足够均一，因而选择乳化剂加量为6%。2.4海藻酸钠微球的粒径及形貌上述 乳 液 配 方 优 化 结 果 显 示，搅 拌 速 度 为1000 r/min、内相体积分数为 75%、乳化剂加量为 6%时，能够制备出尺寸较小且分布均一的油包水乳液。以该乳液为模板，向其中加入氯化钙溶液，将内相中的海藻酸钠交联，即可得到海藻酸钠微球。如图4a 所示，海藻酸钠微球的平均粒径在7 m 左右。微球圆整度较高，且尺寸分布较均一，如图4b 所示。实验结果表明，本文制备的油包水乳液能够有效用于制备海藻酸钠微球。(a)黏度曲线(b)乳液显微镜图图 3乳化剂加量对乳液性能的影响图 4海藻酸钠微球粒径分布图(a)及显微镜图(b)进一步地，我们利用扫描电镜观察了海藻酸钠微球的微观形貌。从图 5a 中可以看出，海藻酸钠微球整体的圆整度较高，呈规则的球形。微球表面有凹凸不平的褶皱，有利于增加微球的比表面积，对微球相关性能(如吸附性能)的提高是有利的。作为对比，我们将内相体积分数提高至 85%，此时制备的乳液属于高内相乳液范畴。该条件下，乳液液滴相互挤压变形，导致微球形貌变得不规则且有“拖尾”现象，如图 5b 所示。显然，过高的内相体积分数对制备具有规则几何外形的微球是不利的。(a)内相体积分数为 75%(b)内相体积分数为 85%图 5海藻酸钠微球的扫描电镜图132023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.13结论以自制的哌嗪基表面活性剂为乳化剂，利用改进后的乳液模板法，制备出了以海藻酸钠为内相、煤油为外相的油包水乳液。通过评价乳液液滴大小，乳液黏度及尺寸分布情况，确定了乳液的最佳配方为:搅拌速度为 1000 r/min、内相体积分数为 75%、乳化剂加量为 6%。该乳液具有内相体积分数高的特点。以该乳液为模板，加入氯化钙溶液进行交联固化后，能够制备出尺寸分布均一、圆整度较好且粒径为 7 m左右的海藻酸钠微球，具有较好的应用潜力。参考文献:1 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06*基金项目:四川省自然科学基金面上项目(2022NSFSC0350);大学生创新创业训练计划项目(S202110638052)。作者简介:罗雪芹，女，本科，主要从事应用化学。通讯作者:姜峰，男，博士，讲师，主要从事油田化学。23