聚乙烯醇(PVA)水凝胶的制备及应用

聚乙烯醇（PVA）水凝胶的制备及应用PVA水凝胶聚乙烯醇（PVA）是一种应用极为广泛的水溶性高分子材料。而以其为原料制备的水凝胶是以水为介质的凝胶，是一种高分子网络体系，它能保持一定的形状并具有一系列独特性能。PVA水凝胶除了具备一般凝胶的性能外，还具有低毒性、机械性能良好(高弹性模量和高机械强度)、吸水量大和生物相容性好等优点，在生物医学领域具有广泛的应用。PVA水凝胶的制备方法物理交联法化学交联法反复冷冻法冻结—部分脱水法辐射交联化学试剂交联物理交联法•反复冷冻法：按配比称取PVA,量取去离子水,把PVA在搅拌条件下,置85~90℃（可根据不同情况进行调节）恒温油浴中溶解完全,（也可在60℃静置保温30min，以除去溶液中的气泡），放入-20℃（可根据不同情况进行调节）的冰箱里,冷冻24h（可根据不同情况进行调节）,在室温下解冻1h（可根据不同情况进行调节）,称为一次冷冻、融溶循环。用这种方法分别制备不同浓度、相同循环次数和相同浓度、不同循环次数的PVA水凝胶。物理交联法•冻结—部分脱水法：是将PVA水溶液冷冻后置于真空下脱去10%～20%的水，所得到的水凝胶的结构与性能类似于反复冻结法。物理交联法特点：分子链间通过氢键和微晶区形成三维网络，即物理交联点，这些交联点随温度等外界条件的变化而变化。故物理交联过程是可逆的。优点：不使用有毒性的有机交联剂，保持了良好的生物相容性，属于可逆性水凝胶，随着环境参数的变化，可以使物理交联点改变，还可以被溶解，方法简单。经反复解冻，水凝胶具有高强度高弹性，含水率高。缺点：通过物理交联法制得的PVA水凝胶，其交联网状结构不是很牢固，受外界影响较大，聚合物的交联分布不均匀，在未加入任何添加剂的情况下，所得到的水凝胶一般光学透明性不好，并且交联度难于控制。制备过程一般都需要几天时间，设备耗能大，制作周期长，所得水凝胶力学性能也相对较差。•改进：将PVA溶解在二甲基亚砜(DMSO)和水组成的混合溶剂中,在低温条件下冷却该溶液,经过一段时间后,由于PVA分子的结晶而形成凝胶。然后用水完全取代凝胶中的DMSO,可得到具有高伸张强度、高含水且透明的PVA水凝胶。物理交联法物理交联法•影响因素：①PVA分子量②PVA浓度③冷冻条件④解冻条件⑤循环次数有研究表明：PVA水凝胶的拉伸强度和拉伸模量随凝胶的浓度和冷冻解冻次数的增加而增大。最高拉伸强度可达2.27MPa。但当浓度大于20%时，溶液粘度较大，分子量较大时影响微晶的形成显著。所以常用浓度在7%～15%之间。冷冻温度不仅影响冷冻动力学而且影响界面间相平衡，-20℃是常用的冷冻温度。物理交联法所需设备仪器（大概）：•电子天平•恒温水（油）浴箱（带磁力搅拌）•恒温磁力搅拌器•相关模具•冷冻存储箱or冰箱•相关容器等化学交联法•化学试剂交联：是采用化学交联剂使得PVA分子间发生化学交联而形成凝胶,常用的交联剂有醛类、硼酸、环氧氯丙烷以及可以与PVA通过配位络合形成凝胶的重金属盐等等。举例：以环氧氯丙烷为交联剂化学交联方法制备聚乙烯醇水凝胶膜称取４ｇ聚乙烯醇，量取５０ｍＬ蒸馏水，加入三口瓶中，在８５℃温度下搅拌溶解，缓慢加入３．５ｇ环氧氯丙烷，待完全溶解后加入２ｇ氢氧化钾（事先配制成溶液），搅拌均匀．将溶液滴在玻片上，用丝棒涂布器涂膜，室温下静置２ｄ．用５０℃的蒸馏水洗涤水凝胶膜直至洗液呈中性，将水凝胶膜置于５０℃真空烘箱中干燥至恒重．化学试剂交联•优点：相比物理交联，保水性和某些力学强度有一定提高。•缺点：化学试剂交联由于采用交联剂，交联后有交联剂残留问题，难以得到高纯度PVA交联产物；并且随着聚合物交联反应的进行，不断增高的溶体粘度使交联剂在基体中的分散性较差，出现不均匀交联，局部发生“焦烧”现象；并且化学交联难以控制交联度。透明性不好，含水量不高。化学试剂交联影响因素：•PVA聚合度、醇解度等分子结构参数•反应温度、反应时间等合成工艺参数•交联剂用量、疏水单体用量等化学组成化学试剂交联•所需设备仪器（大概）：•电子天平•恒温水（油）浴箱（带磁力搅拌）•真空烘箱•相关容器等辐射交联•辐射交联：是利用γ-射线、电子束、X光及紫外线等直接辐射PVA水溶液或辐射用物理交联法制成的PVA水凝胶。辐射交联•优点：辐射交联采用的高能射线能均匀地作用在材料上，聚合物的交联点分布均匀，并且交联度易于控制，能满足对聚合物交联密度要求较高的场合；辐照交联的另一独到之处在于无需添加引发剂或交联剂，产物纯度高且具有较好的光学透明度，并且在加工过程中还可同步实现消毒的作用，辐射交联时间短，节约能源，尤其在医用高分子材料领域具有明显优势和巨大的应用前景。•缺点：力学强度不高，抗蠕变性差，同时强烈的反应条件常常造成某些优异性能的损失。γ射线（钴源产生）辐射水凝胶材料具有操作不方便、辐射剂量不精确、交联程度不易控制等问题。辐射交联影响因素：•O2•添加剂•辐射类型•聚合物的结晶度•溶剂•温度等辐射交联•所需设备仪器（大概）：•电子天平•辐射源（如60COγ射线辐射源、电子加速器）•相关容器等PVA水凝胶的应用•药物缓释载体及微胶囊•在伤口敷料方面的应用•人工器官组织•智能材料