溶液pH值对明胶纳米球形成的影响研究

溶液pH值对明胶纳米球形成的影响研究

明胶纳米球是一种重要的模板材料，在材料、医药和生物工程等领域具有广泛应用。本文通过单凝聚法制备了明胶纳米球，并重点研究了溶液pH值对纳米球粒径和形貌的影响。研究发现，当pH值在明胶的等离子点以下时，可以制备出不同粒径的明胶纳米球，且溶液pH值越小，制备得到的纳米球粒径越小。这一发现为制备不同规格的明胶球提供了理论依据，有助于推动其在相关领域的应用。

实验部分

试剂与仪器

• 试剂：明胶、丙酮、戊二醛、无水乙醇等，以上试剂均为分析级纯，购自天津市科密欧化学试剂有限公司。
• 仪器：DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器(北京科伟永兴仪器有限公司)；HL-2D定时数显恒流泵(上海沪西分析仪器厂有限公司)；微量台式高速离心机H1650-W(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司)；卡尔蔡司 ZEISS ΣIGMA热场发射扫描电镜。

实验步骤

称取一定量的明胶，按照明胶与水的体积比1:10配制成明胶溶液，在60℃水浴中使其完全溶解；向明胶溶液中滴加一定量的盐酸调节体系的pH值，然后边搅拌边缓慢滴加丙酮，待丙酮滴加完毕后，自然冷却至室温，加入1.2 mL 25%的戊二醛溶液，搅拌过夜，离心，无水乙醇洗涤三次。考察体系的pH值对明胶球的形成和形貌、粒径等的影响，同时也考察了丙酮用量、搅拌速度、戊二醛浓度和反应时间等其它条件。

表征手段

采用扫描电子显微镜(SEM，美国FEI公司)观察微球的形貌和结构，采用百特激光粒度分析仪测试明胶球的粒径，绘制粒径分布曲线。

结果与讨论

pH值对明胶纳米球形成和粒径的影响

明胶溶液的pH是影响明胶纳米球能否成球的关键参数之一。当pH值过高或者过低时，明胶溶液中滴加丙酮时就会出现大量的明胶沉淀，而不能得到球形材料。图1是明胶纳米球的SEM图，从图中可以看出，明胶球球形圆整、粒径分布均匀。

图1 明胶纳米球的SEM图

为了研究溶液的pH值对明胶球粒径的影响，我们通过改变体系中盐酸的用量(体积浓度3 mol·L-1)来改变体系的pH值，恒定其他实验条件不变，比较不同pH值下得到的明胶球粒径大小。明胶溶液pH与明胶纳米球粒径之间的关系如图2所示。从图中可以看出，在pH值3～5的范围，随着溶液pH的增大，制备出的纳米球的粒径也逐渐增大。pH值超出该范围，在明胶溶液中滴加丙酮时，明胶脱水速度过快，易大量不规则团聚而不能得到球形明胶聚集体。

本实验中所用明胶为碱法明胶，其等离子点为4.96。通过实验发现，在pH值为3-5的区间可以制备出明胶纳米球，可见其pH需控制在明胶的等离子点以下。

图2 明胶纳米球粒径与溶液pH值的关系图

其他条件对明胶纳米球形成的影响

在实验过程中发现，其他条件如丙酮用量、搅拌速度、明胶种类、交联时间、乳化剂的加入等，对明胶纳米球的形成均会产生影响。因此对这些条件也进行了考察。例如，表1中列出的是搅拌速度对明胶纳米球形成的影响。从中可以看出，搅拌速度越大，得到的明胶纳米球的粒径越小。

通过一系列实验的研究发现，在pH值 4.49、丙酮用量是溶液体积的两倍、搅拌速度600 r/min、戊二醛体积浓度33%、固化时间24 h的条件下，可以制备出较为理想的明胶纳米球，图3是在该条件下制得的明胶纳米球的粒径分布图，从图中可以看出，明胶球的粒径分布非常集中，符合正态分布的规律。

表1 搅拌速度对明胶纳米球的影响

图3 明胶纳米球的粒径分布图

结论

利用单凝聚法成功制备出了纳米级明胶球，并研究了制备条件，特别是pH值对最终产物的影响。结论如下：pH值在3-5之间，可以制备出形貌理想的明胶纳球；增大搅拌速度和减小pH值可以减小纳球粒径；丙酮用量是溶液体积两倍较为合适；增大交联剂浓度，可以增大明胶纳米球的固化程度；增大交联反应时间，得到的产物产量较大，交联程度加深。

本文由南阳师范学院化学与制药工程学院和濮阳惠成电子材料股份有限公司合作完成，得到了河南省高等学校重点科研项目(No: 16B150012)和南阳师范学院校级项目(70356)的资助。