PL 214380 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 214380 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 385032 (51) Int.Cl. C08B 37/08 (2006.01) D01D 5/40 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 25.04.2008 (54) Sposób wytwarzania fibryd zawierających chitozan (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT BIOPOLIMERÓW I WŁÓKIEN CHEMICZNYCH, Łódź, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 26.10.2009 BUP 22/09 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.07.2013 WUP 07/13 (72) Twórca(y) wynalazku: MAGDALENA KUCHARSKA, Łódź, PL ANTONI NIEKRASZEWICZ, Łódź, PL DANUTA CIECHAŃSKA, Łódź, PL BOGDAN GRUCHAŁA, Łódź, PL MARIA WIŚNIEWSKA-WRONA, Łódź, PL KINGA BRZOZA-MALCZEWSKA, Łódź, PL WIESŁAW ADAMIEC, Łódź, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Teresa Pruska-Jabłońska
2 PL 214 380 B1 Opis wynalazku Chitozan jest kationitowym polisacharydem, którego stopień deacetylacji i ciężar cząsteczkowy decydują o jego własnościach biologicznych. Chitozan jest polimerem nietoksycznym, niealergizującym, biodegradowalnym i bakteriostatycznym, posiadającym zdolność przyspieszania procesu gojenia się ran. Karboksymetyloceluloza jest polimerem naturalnym dobrze rozpuszczalnym w wodzie, obojętnym fizjologicznie, stosowanym w technologii postaci leku jako związek posiadający właściwości spęczniające. Ze względu na te właściwości stosowany jest do konstrukcji materiałów opatrunkowych o zwiększonej chłonności. Alginiany są to polimery naturalne z rodziny polisacharydów, wytwarzane z alg morskich. Alginian wapnia ze względu na swoje właściwości hemostatyczne stosowany jest w inżynierii biomedycznej do konstrukcji materiałów opatrunkowych przyspieszających proces krzepnięcia krwi. Z amerykańskiego opisu patentowego nr US 6 174 358 znany jest sposób wytwarzania fibryd celulozowych. Sposób polega na tym, że ze zdyspergowanej rozcieńczonej pulpy celulozowej wytrąca się poprzez regenerację lub wytrącanie celulozę w postaci cząstek lub fibryd o długości nie większej niż 1 mm. Sposobem opisanym w tym patencie fibrydy można otrzymywać także z estrów celulozy, karboksymetylocelulozy, hydroksyetylocelulozy, siarczanu celulozy, octanu celulozy, alkalicelulozy oraz z chitozanu. Fibrydy te mają zastosowanie w produkcji papieru. Z amerykańskich opisów patentowych nr US 5 071 599 i nr US 5 175 276 znany jest sposób wytwarzania fibryd z estrów celulozy polegający na wytrącaniu fibryd z roztworu estru celulozy za pomocą nierozpuszczalnika polimeru w warunkach dynamicznych. Z publikacji autorów: S. Salomon i S. M. Hadsonw w Fiber and Polimer Science Program, Bokx 8301, North Karolina 27695-8301 znany jest sposób wytwarzania fibryd z celulozy, chitozanu, alginianu oraz fibryd alginianowych modyfikowanych skrobią i keratyną, polegający na szybkim wytrącaniu polimeru w postaci soli w roztworze koagulacyjnym. Fibrydy wykorzystywane są do modyfikacji papieru. Z publikacji w czasopiśmie Fibres & Tekstiles in Eastern Europe, vol.14, nr 3 (57), s. 97-101, 2006 r. znany jest sposób wytwarzania fibryd chitozanowych w warunkach hydrodynamicznych poprzez dozowanie kwaśnego roztworu soli chitozanu za pomocą filiery przędzalniczej do kąpieli koagulacyjnej, którą stanowi wodny roztwór wodorotlenku sodowego. Opisanym sposobem otrzymuje się mikrofibrydy chitozanowe o długości 100-300 μm i średnicy 1-5 μm w stanie mokrym i 0,2-1,0 μm w stanie suchym, charakteryzujące się wskaźnikiem wtórnego pęcznienia WRV w zakresie od 500% do 600%. Fibrydy te mogą być stosowane do wytwarzania materiałów sanitarnych. Sposób wytwarzania fibryd zawierających chitozan według wynalazku polega na tym, że bezpośrednio do strumienia wodnego roztworu soli chitozanu, korzystnie chlorowodorku, mleczanu czy octanu chitozanu, o podwyższonym wskaźniku ph wynoszącym 6,1-6,5, zawierającego 0,1-2,0% wagowych chitozanu, cyrkulującego w obiegu zamkniętym reaktora przepływowego z prędkością przepływu 5-6 dm 3 /min, przy prędkości obrotowej generatora 4000-8052 obr/min, dozuje się w głowicy homogenizatora stanowiącego wraz z reaktorem układ zamknięty, wodny roztwór wodorotlenku metali ziem alkalicznych, korzystnie wodny roztwór wodorotlenku sodowego, o stężeniu 0,05-2,0% wagowych, z prędkością 0,03-0,04 dm 3 /min, do uzyskania zawiesiny o wskaźniku ph wynoszącym 7,3-8,7. Otrzymaną zawiesinę w celu stabilizacji homogenizuje się w czasie 10-15 minut, przy nie zmienionej prędkości obrotowej generatora, a następnie przemywa się ją wodą do uzyskania wskaźnika ph = 7,0- -7,2 i zatęża znanymi metodami. Wariant sposobu według wynalazku polega na tym, że wodny roztwór wodorotlenków metali alkalicznych zawiera dodatkowo karboksymetylocelulozę w ilości 0,5-2% wagowych, w wyniku czego otrzymuje się dwuskładnikowe fibrydy chitozan/karboksymetyloceluloza. W innym wariancie sposobu według wynalazku, wodny roztwór soli chitozanu zawiera dodatkowo chlorek wapniowy w ilości 0,1-0,5% wagowego, a wodny roztwór wodorotlenków metali alkalicznych zawiera dodatkowo alginian sodowy w ilości 0,1-0,5% wagowego. Sposobem tym otrzymuje się dwuskładnikowe fibrydy chitozan/alginian. Sposób według wynalazku umożliwia wytwarzanie fibryd chitozanowych oraz dwuskładnikowych fibryd chitozan/karboksymetyloceluloza oraz chitozan/alginian o długości w zakresie od 5-30 μm, średnicy w zakresie od 1-2 μm w stanie mokrym i 0,1-0,7 μm w stanie suchym oraz wysokim wskaźniku wtórnego pęcznienia w zakresie od 2000 do 5000%. Fibrydy te stanowią formę użytkową polime-
PL 214 380 B1 3 rów przydatną do wytwarzania materiałów opatrunkowych, charakteryzujących się przede wszystkim podwyższoną chłonnością i wysoko rozwiniętą powierzchnią wewnętrzną, a także wysoką aktywnością przeciwbakteryjną, zdolnością przyspieszania procesu gojenia się ran jak i krzepliwości krwi. Sposób według wynalazku ilustrują podane niżej przykłady wykonania. P r z y k ł a d I Do mieszalnika wyposażonego w mieszadło łopatkowe o regulowanej prędkości mieszania, połączonego w układ zamknięty z homogenizatorem Dispax Reactor Labor - Pilot 2000/4 zaopatrzonym w generator 6F, wprowadzono 12 dm 3 0,6% roztworu chitozanu o średniej masie cząsteczkowej M v = 344000 i stopniu deacetylacji SD = 81,7% w 0,06% wodnym roztworze kwasu solnego o ph = 6,5 i lepkości 15,8 cp. Prędkość przepływu chlorowodorku chitozanu w obiegu zamkniętym wynosiła 5,5 dm 3 /min, przy prędkości mieszania roztworu chitozanu w mieszalniku wynoszącej 224 obr/min. Bezpośrednio do strumienia roztworu chlorowodorku chitozanu w głowicy homogenizatora, przy obrotach generatora 8052 obr/min, wtryskiwano za pomocą pompy perystaltycznej zaopatrzonej w końcówkę dozującą, wodny roztwór wodorotlenku sodowego o stężeniu wagowym 1,06% z prędkością 0,033 dm 3 /min. Proces wtryskiwania prowadzono do uzyskania zawiesiny o ph = 8,7. Powstałą zawiesinę homogenizowano przez 10 minut, przy nie zmienionych obrotach generatora. Otrzymaną wodną zawiesinę fibryd chitozanowych oczyszczano przez ciągłe przemywanie wodą DM do uzyskania odczynu ph= 7,20 i zagęszczano przez dekantację. Po zagęszczeniu uzyskano fibrydy chitozanowe w postaci pasty o zawartości 3,13% wag. chitozanu o M v = 314000, SD = 81,7% i wskaźniku wtórnego pęcznienia WRV = 3727%. Otrzymane fibrydy charakteryzowały się długością 10-30 μm i średnicą 1-2 μm w stanie mokrym oraz średnicą 0,1-0,3 μm w stanie suchym. P r z y k ł a d II 0,15% roztworu chitozanu (o właściwościach jak w przykładzie I) w 0,04% wodnym roztworze kwasu solnego o ph = 6,5 i lepkości 10,4 cp. Przy prędkości przepływu chlorowodorku chitozanu w obiegu zamkniętym i prędkości mieszania jak w przykładzie I, bezpośrednio do strumienia roztworu chlorowodorku chitozanu wtryskiwano jak w przykładzie I, przy prędkości generatora 5000 obr/min, wodny roztwór wodorotlenku sodowego o stężeniu 0,2% wag. z prędkością 0,033 dm 3 /min. Proces wtryskiwania prowadzono do uzyskania zawiesiny o ph = 8,7. Powstałą homogenizowano przez 10 minut, przy nie zmienionych obrotach generatora. Otrzymaną wodną zawiesinę fibryd chitozanowych oczyszczano przez ciągłe przemywanie wodą DM do uzyskania odczynu ph = 7,20 i zagęszczano przez dekantację. Po zagęszczeniu uzyskano fibrydy chitozanowe w postaci pasty o zawartości 2,83% wag. chitozanu o M v = 339000, SD = 81,7% i WRV = 3927%. Otrzymane fibrydy charakteryzowały się długością 50-100 μm i średnicą 2-5 μm w stanie mokrym oraz średnicą 0,3-0,9 μm w stanie suchym. P r z y k ł a d III 1,0% roztworu chitozanu (o właściwościach jak w przykładzie I) w 0,25% wodnym roztworze kwasu solnego o ph = 6,5 i lepkości 20,4 cp. Przy tej samej prędkości przepływu chlorowodorku chitozanu w obiegu zamkniętym i prędkości mieszania jak w przykładzie I, bezpośrednio do strumienia roztworu chlorowodorku chitozanu wtryskiwano jak w przykładzie I, przy prędkości generatora 8052 obr/min, wodny roztwór wodorotlenku sodowego o stężeniu 0,05% wagowego. Proces wtryskiwania prowadzono do uzyskania zawiesiny o ph = 8,7. Powstałą zawiesinę homogenizowano przez 10 minut, przy nie zmienionej prędkości obrotowej generatora. Otrzymaną wodną zawiesinę fibryd chitozanowych oczyszczano przez ciągłe przemywanie wodą DM do uzyskania odczynu ph = 7,20 i zatężano przez dekantację. Po zagęszczeniu uzyskano fibrydy chitozanowe w postaci pasty o zawartości 2,83% wag. chitozanu o M v = 312000, SD = 81,7% i WRV = 2943%. Fibrydy charakteryzowały się długością 100- -300 μm i średnicą 5-40 μm w stanie mokrym oraz średnicą 0,7-6,0 μm w stanie suchym. P r z y k ł a d IV 0,6% roztworu chitozanu (o właściwościach jak w przykładzie I) w 0,1% wodnym roztworze kwasu octowego o ph = 6,5 i lepkości 15,27 cp. Przy prędkości przepływu octanu chitozanu w obiegu zamkniętym i prędkości mieszania jak w przykładzie I, bezpośrednio do strumienia roztworu chlorowodorku chitozanu wtryskiwano jak w przykładzie I, przy prędkości generatora 8052 obr/min, wodny roztwór wodorotlenku sodowego o stężeniu 1% wag. Proces wtryskiwania prowadzono do uzyskania zawiesiny o ph = 8,7. Powstałą zawiesinę homogenizowano przez 10 minut, przy nie zmienionej prędkości obrotowej generatora. Otrzymaną wodną zawiesinę fibryd chitozanowych oczyszczano
4 PL 214 380 B1 przez ciągłe przemywanie wodą DM do uzyskania odczynu ph = 7,20 i zatężano przez dekantację. Po zagęszczeniu uzyskano fibrydy chitozanowe w postaci pasty o zawartości 2,05% wag. chitozanu o M v = 326000, SD = 81,7% i WRV = 3250%. Fibrydy charakteryzowały się długością 5-30 μm i średnicą 2- -6 μm w stanie mokrym oraz średnicą 0,3-0,9 μm w stanie suchym. P r z y k ł a d V 0,6% roztworu chitozanu (o właściwościach jak w przykładzie I) w 0,18% wodnym roztworze kwasu mlekowego o ph = 6,5 i lepkości 23,3 cp. Przy tej samej prędkości przepływu mleczanu chitozanu w obiegu zamkniętym i prędkości mieszania jak w przykładzie I, bezpośrednio do strumienia roztworu chlorowodorku chitozanu wtryskiwano jak w przykładzie I, przy prędkości obrotowej generatora 8052 obr/min, wodny roztwór wodorotlenku sodowego o stężeniu 1% wag. z prędkością 0,033 dm 3 /min. Proces wtryskiwania prowadzono do uzyskania zawiesiny o ph = 8,7. Powstałą zawiesinę homogenizowano, oczyszczano i zatężano jak w przykładzie I. Po zagęszczeniu uzyskano fibrydy chitozanowe w postaci pasty o zawartości 1,94% wag. chitozanu o M v = 324000, SD = 81,7% i WRV = 2410%. Fibrydy charakteryzowały się długością 5-10 μm i średnicą 1-5 μm w stanie mokrym oraz średnicą 0,3- -0,7 μm w stanie suchym. P r z y k ł a d VI 0,5% roztworu chitozanu (o właściwościach jak w przykładzie I) w 0,046% wodnym roztworze kwasu solnego o ph = 6,5 i lepkości 10,8 cp, z dodatkiem chlorku wapniowego o stężeniu 0,5 % wag. Przy tej samej prędkości przepływu chlorowodorku chitozanu z dodatkiem chlorku wapniowego w obiegu zamkniętym i prędkości mieszania jak w przykładzie I, bezpośrednio do głowicy homogenizatora, przy prędkości obrotowej generatora 8052 obr/min, wtryskiwano z prędkością 0,033 dm 3 /min za pomocą pompy perystaltycznej 0,1% wodny roztwór alginianu sodowego w 0,05% roztworze wodorotlenku sodowego o ph = 10,5 i lepkości 1,6 cp. Proces wtryskiwania prowadzono do uzyskania zawiesiny o ph = 7,7. Powstałą zawiesinę homogenizowano, oczyszczano i dekantowano, jak w przykładzie I. Po zagęszczeniu uzyskano fibrydy chitozan/alginian w postaci pasty, charakteryzujące się zawartością 1,8% wag. składników stałych (w tym 70% chitozanu) i WRV = 2850%, długością 5-30 μm i średnicą 1-4 μm w stanie mokrym oraz średnicą 0,2-0,7 μm w stanie suchym. P r z y k ł a d VII 0,3% roztworu chitozanu (o właściwościach jak w przykładzie I) w 0,2% wodnym roztworze kwasu solnego o ph = 6,5 i lepkości 9,21 cp z dodatkiem chlorku wapniowego o stężeniu 0,1% wag. Przy tej samej prędkości przepływu chlorowodorku chitozanu z dodatkiem chlorku wapniowego w obiegu zamkniętym i prędkości mieszania jak w przykładzie I, bezpośrednio do głowicy homogenizatora, przy prędkości obrotowej generatora 8052 obr/min, wtryskiwano z prędkością 0,033 dm 3 /min za pomocą pompy perystaltycznej 0,5% wodny roztwór alginianu sodowego w 0,05% roztworze wodorotlenku sodowego o ph = 10,7 i lepkości 1,9 cp. Proces wtryskiwania prowadzono do uzyskania zawiesiny o ph = 7,7. Powstałą zawiesinę homogenizowano, oczyszczano i dekantowano, jak w przykładzie I. Po zagęszczeniu uzyskano fibrydy chitozan/alginian w postaci pasty, charakteryzujące się zawartością 1,5% wag. składników stałych (w tym 55% chitozanu) i WRV = 2450%, długością 100-200 μm i średnicą 5-20 μm w stanie mokrym oraz średnicą 0,7-3,0 μm w stanie suchym. P r z y k ł a d VIII roztworu chlorowodorku chitozanu, jak w przykładzie I. Przy prędkości przepływu chlorowodorku chitozanu w obiegu zamkniętym i prędkości mieszania jak w przykładzie I, bezpośrednio do strumienia roztworu chlorowodorku chitozanu wtryskiwano przy obrotach generatora 6052 obr/min, wtryskiwano za pomocą pompy perystaltycznej 0,9% roztwór karboksymetylocelulozy w wodnym roztworze wodorotlenku sodowego o stężeniu 0,25%, z prędkością 0,033 dm 3 /min. Proces wtryskiwania prowadzono do uzyskania zawiesiny o ph = 7,3. Powstałą zawiesinę homogenizowano, oczyszczano i dekantowano jak w przykładzie I. Po zagęszczeniu uzyskano fibrydy chitozan/karboksymetyloceluloza w postaci pasty charakteryzujące się zawartością 2,5% wag. składników stałych (w tym 50% chitozanu) i WRV = 4250%, długością 100-200 μm i średnicą 5-25 μm w stanie mokrym oraz średnicą 0,7-5,0 μm w stanie suchym.
PL 214 380 B1 5 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wytwarzania fibryd zawierających chitozan na drodze zobojętniania, przy intensywnym mieszaniu, roztworu chitozanu w wodnym roztworze kwasu za pomocą wodnego roztworu wodorotlenku, znamienny tym, że bezpośrednio do strumienia wodnego roztworu soli chitozanu, korzystnie chlorowodorku, mleczanu, czy octanu chitozanu, o podwyższonym wskaźniku ph wynoszącym 6,1-6,5, zawierającego 0,1-2,0% wagowych chitozanu, cyrkulującego w obiegu zamkniętym reaktora przepływowego z prędkością przepływu 5-6 dm 3 /min, przy prędkości obrotowej generatora 4000-8052 obr/min, dozuje się z prędkością 0,03-0,04 dm 3 /min w głowicy homogenizatora stanowiącego wraz z reaktorem układ zamknięty, wodny roztwór wodorotlenku metali ziem alkalicznych, korzystnie wodny roztwór wodorotlenku sodowego, o stężeniu 0,05-2,0% wagowych, do uzyskania zawiesiny o wskaźniku ph wynoszącym 7,3-8,7, po czym zawiesinę homogenizuje się w czasie 10-15 minut, przy nie zmienionej prędkości obrotowej generatora, następnie przemywa się ją wodą do uzyskania wskaźnika ph wynoszącego 7,0-7,2 i zatęża znanymi metodami. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wodny roztwór wodorotlenków metali alkalicznych zawiera karboksymetylocelulozę w ilości 0,5-2% wagowych. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wodny roztwór soli chitozanu zawiera chlorek wapniowy w ilości 0,1-0,5 wagowego. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że wodny roztwór wodorotlenków metali alkalicznych zawiera alginian sodowy w ilości 0,1-1,0% wagowego.
6 PL 214 380 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)