静电喷雾工艺参数对乙基纤维素微粒形貌和粒径的影响

嵇文静，周 密，李 席

(蚌埠学院功能粉体材料蚌埠市实验室，安徽 蚌埠 233030)

0 引言

乙基纤维素(Ethyl Cellulose Ethoce，EC)，是一种不易消化的食品级生物聚合物，是为数不多的不溶于水的生物聚合物之一，具有成膜性好、生物可降解、无毒和生物活性高等优点，作为一种绿色聚合物，在不同行业都具有良好的应用潜力[1-3]。目前，以EC为壁材或载体制备缓控释制剂应用最为广泛。

程敬丽等[4]采用溶剂挥发法，以EC为壁材制备吡丙醚微胶囊，发现吡丙醚微胶囊速杀效果好、持效时间长。Tirado等[5]基于连续超临界乳液萃取法，用EC包封虾青素，体外试验表明，制备的制剂在10 h内释放70%的载药量。白雪等[6]以氯化钠(NaCl)为囊芯材料，EC为微胶囊壁材，用乳化-溶剂挥发法制备缓释型融雪剂NaCl-EC微胶囊，在水中缓释时间能超过12 h。

现阶段，有关EC的研究侧重于缓控释制剂的制备及性能研究，但已有方法或多或少存在制备时间较长、装置较复杂等不足。静电喷雾方法具有操作简单、粒径分布窄、形貌和粒径可控等优势，在制备EC缓释药剂方面逐渐成为热点[7-9]。Bergmann等[10]用静电喷雾技术，探讨了溶剂种类(乙醇、丙酮、三氯甲烷等9种溶剂)、三氯甲烷/异丙醇比例对EC微粒形貌和粒径的影响。对于工艺参数影响下静电喷雾制备的微纳米EC粒子形貌及粒径的系统研究较为匮乏，因此开展了本文研究工作。

1 试验

1.1 材料与表征仪器

二氯甲烷(DCM)，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；EC，化学纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。扫描电子显微镜，日立场发射8100，加速电压20 kV；数字式黏度计，NDJ-8S，德卡精密量仪(深圳)有限公司。

1.2 试验步骤

称取适量EC放置于DCM中，用磁力搅拌溶解为均相溶液待用。用5 mL注射器(配内径0.6 mm金属针头)抽取溶液，置于自行搭建的高压静电喷雾装置中，如图1所示，制备样品置于烘箱中烘干待用，制备参数如表1所示。

图1 实验装置

表1 工艺参数

2 结果与讨论

2.1 EC质量分数对EC微粒形貌和粒径的影响

根据表1中A、B、C、D、E的工艺，EC质量分数为1.0%、2.0%、2.5%、3.3%、5.0%的微粒SEM图及粒径分布如图2所示。由图2知，EC质量分数对得到的微粒形貌影响显著。当EC质量分数为1%时，EC含量较少，溶液黏度(3 mPa.s)偏小，溶剂没有充分挥发，出现网状粘连现象，无明显规则产物生成；EC质量分数增加至2%时，溶液黏度增加至5 mPa.s，微粒与颗粒粘连并存；EC质量分数增加至2.5%时，黏度增大至6 mPa.s，形成分散性较好、平均粒径7.68 μm的片状规则产物；EC质量分数增加至3.3%～5%时，黏度逐渐增大至7 ～13 mPa.s，EC分子链缠结程度较高，有杯状、表面凹陷的非球形微粒等不规则产物形成。因此，EC质量分数宜为2.5%。

a.EC质量分数为1%

b.EC质量分数为2%

c.EC质量分数为2.5%

d.EC质量分数为3.3%

e.EC质量分数为5%

f.EC质量分数为2.5%时粒径分布图2 EC质量分数不同时微粒SEM图及粒径分布

2.2 注射速度对EC微粒形貌和粒径的影响

按表1中F、C、G、H的工艺，注射速度分别为0.5、1.5、2.5、3.5 mL/h时,静电喷雾法得到EC微粒SEM图及粒径分布如图3所示。分析知，注射速度为0.5、1.5和2.5 mL/h时，得到EC微粒平均粒径分别为4.47、7.68和11.45 μm，EC微粒粒径随注射速度增加而增加；注射速度为3.5 mL/h时(图3d)，微粒粘连较严重，这是由于注射速度偏高，单位时间流量增加，EC固化时间延长、溶液射流稳定性降低导致[11-12]。因此，注射速度宜为1.5 mL/h。

a.注射速度为0.5 mL/h

b.注射速度为1.5 mL/h

c.注射速度为2.5 mL/h

d.注射速度为3.5 mL/h

e.不同注射速度时粒径分布图3 注射速度不同时微粒SEM图及粒径分布

2.3 电压对EC微粒形貌和粒径的影响

根据表1中I、C、J工艺，电压分别为15.0、17.5、22.5 kV，其他条件不变时，制备的微粒SEM图及粒度分布对比如图4所示。对比分析知，当电压为15.0 kV时，有颗粒粘连，说明15.0 kV不足以使得溶液形成稳定射流；电压由17.5 kV增加至22.5 kV时，微粒的平均粒径由7.68 μm降低至6.83 μm，粒径分布类似。这是由于，电压增加，EC溶液射流表面电荷量增加，牵伸力大，射流更容易拉伸和分裂，有利于将微粒细化[13-14]。

2.4 接收距离对EC微粒形貌和粒径的影响

根据表1工艺K、C、L、M进行试验，图5为接收距离10、15、20、25 cm时制备的EC微粒SEM结果及平均粒径对比。对比分析知，接收距离10、15、20和25 cm时，EC微粒平均粒径分别为3.79、7.68、9.74和11.61 μm，EC微粒平均粒径随着接收距离增加而增大。接收距离为10 cm时，不规则小微粒较多，这是由于距离较短，溶液拉伸不完全，溶剂挥发不充分即被接收装置接收[15]；接收距离进一步增加，溶液挥发充分，但电场强度减弱，溶液受到的牵引作用减弱，进而得到的微粒粒径增加。此外，接收距离由15 cm增加至20 cm、25 cm时，粒径分布有所变宽。因此，接收距离宜为15 cm。

a.电压为15.0 kV

b.电压为17.5 kV

c.电压为22.5 kV

d.不同电压时微粒粒径分布对比图4 电压不同时微粒SEM图及粒径分布对比

a.接收距离10 cm

b.接收距离15 cm

c.接收距离 20 cm

d.接收距离25 cm

e.不同接收距离时微粒粒径分布对比图5 接收距离不同时微粒SEM图及粒径分布对比

3 结论

1)EC质量分数为 2.5 %、注射速度为1.5 mL/h、电压为 17.5 kV、接收距离为 15 cm 时，能获得分布均匀的圆片状微粒纤维，微粒平均粒径为7.68 μm。

2)EC浓度过低不能形成微粒，浓度过高、注射速度过低或过高均可增加微粒不规则程度，增加电压可使EC微粒粒径降低，微粒粒径随着接收距离的增大而增大。