PVA水凝胶的制备及研究综述

pva复合水凝胶的制备及其性能研究

一、简介

PVA复合水凝胶是通过将聚乙烯醇（PVA）与其他添加剂的结合而制成的一种水凝胶。与纯PVA凝胶相比，PVA复合水凝胶具有更好的性能，比如耐热度、强度、可塑性、抗紫外线能力以及抗氧化能力等。本文主要介绍了PVA复合水凝胶的制备方法以及其性能研究过程。

二、制备方法

1）PVA复合水凝胶的主要原料包括聚乙烯醇（PVA）、氢化淀粉、添加剂和水等。

2）将PVA，添加剂和氢化淀粉混合，将混合物置于搅拌机中搅拌，此时应将材料混合均匀。

3）将混合的PVA /添加剂/水/淀粉液注入平坦的模具中，然后用烘干机将其烘干完成。

4）将水凝胶置于室温环境，改变其湿度使之干燥，使其形成完整的水凝胶。

三、性能研究

1）热稳定性：热稳定性是PVA复合水凝胶的一种重要性能，它指的是在高温条件下水凝胶的稳定性，其中热稳定性试验是根据标准ASTM D6262-00进行的。实验结果表明，PVA复合水凝胶具有很高的热稳定性。

2）强度：强度与PVA复合水凝胶的力学性能有关，一般通过抗拉强度，抗弯曲强度和抗压强度来衡量。通过强度测试，发现PVA复合水凝胶具有较高的抗拉强度和抗弯曲强度。

3）可塑性：可塑性指水凝胶对外界刺激的反应能力，如抗拉可塑性、抗压可塑性和抗缩可塑性等。可塑性测试结果表明，PVA复合水凝胶具有较高的可塑性。

4）耐紫外线能力：耐紫外线能力在室外长期使用PVA复合水凝胶中至关重要，它是指在极端紫外线辐射条件下PVA复合水凝胶仍能保持其机械性能和形状不变的能力。耐紫外线能力测试结果显示，PVA复合水凝胶具有很好的紫外线阻抗性。

5）抗氧化能力：抗氧化能力指水凝胶在遭受氧化条件下仍能保持其原有样子的能力。通过抗氧化能力试验发现，PVA复合水凝胶具有较高的抗氧化能力，耐受恶劣环境也较好。

青岛科技大学本科毕业设计论文

1 1.文献综述

凝胶是高分子链之间以化学键形成的交联结构的溶胀体。而高分子水凝胶是一种在水中只能溶胀，但不能溶解的亲水凝胶。它是由水溶性高分子经适当的交联后形成的，水以不同的结合状态存在于高分子网络中，并有较好的稳定性。这种亲水性高分子交联网络在水中溶胀形成凝胶时其溶胀质量可以是本身的几十倍甚至几百上千倍，故又称为超强吸水材料[1]。凝胶的种类很多，按来源可分为天然和合成两大类。天然的包括纤维素类，壳聚糖类，透明质酸等。而合成的则有丙烯酸及其衍生物类，例如聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚乙烯醇类等。其中聚乙烯醇类则是自然界中唯一的水溶性凝胶。在20 世纪50 年代,日本人曾根康夫最早注意到聚乙烯醇(PVA)水溶液的凝胶化现象。聚乙烯醇凝胶可以通过物理、化学、辐照等方式可将聚乙烯醇交联制成具有优良吸水溶胀性、生物降解性和稳定性的水凝胶材料。

1.1 原料PVA的合成及性能

1.1.1 原料PVA的制备

聚乙烯醇(PVA)是重要的聚合物,乙烯醇是一种假想的单体，游离态的乙烯醇极不稳定，不能单独存在。实验室要获得具有实用价值的聚乙烯醇，通常采用溶液聚合法,以醋酸乙烯为单体,偶氮二异丁腈为引发剂,甲醇为溶剂,加入分子量调节剂,通过多次优化实验条件,合成聚醋酸乙烯(PVAc),再以NaOH为催化剂,采用以甲醇为醇解剂的体系进行醇解反应，主要按下列反应进行：

17-88型号PVA,工业上是采用先进的技术和工艺，以电石乙炔法生产的醋酸乙烯为原料，甲醇为溶剂，偶氮二异丁腈为引发剂，经聚合、醇解等工序制成。其制备方法如下：

电石的主要成分是碳化钙(CaC2)，碳化钙与水作用生成乙炔：

CaC2 + H2O → HC≡CH +Ca(OH)2 [ CH2-CH ]n + nCH3OH

OCOCH3 NaOH [CH2-CH ]n + nCH3COOCH3

华侨大学

硕士学位论文

功能性PVA基复合水凝胶的制备与性能研究

姓名：高永康

申请学位级别：硕士

专业：高分子化学与物理

指导教师：肖聪明

20070101摘 要

V 摘 要

本文将生物相容性良好的水溶性聚乙烯醇（PVA），与多糖高分子以化学（接枝

到淀粉分子链）或物理（与含羧基的羧化淀粉和羧甲基纤维素钠混合）的方式相结

合，再经冷冻-解冻过程形成物理交联水凝胶，并对其结构和性能之间的关系进行了

分析、探讨，得到了如下结果：

1）合成出不同侧链PVA分子量的Starch-g-PVA，并制得相应的物理交联水凝

胶。DSC和WAXD分析结果表明，Starch-g-PVA物理凝胶的形成机理与PVA物理

凝胶相似，但其形成凝胶的能力受侧链分子量的制约，当侧链分子量低于1.5×104

时即无法形成物理交联水凝胶。

2）制得均匀分散的Starch-g-PVA/HA复合凝胶，其再溶胀性能与PVA/HA的

相近。

3）制得不同比例的羧化淀粉与PVA的复合物理水凝胶，羧基的引入，增强了

组分间的相互作用，降低了复合物理凝胶的结晶度，提高了凝胶的再溶胀性，且与

羧化淀粉的取代度大小有关。

4）制得具有pH响应性的CMC/PVA复合水凝胶。随着CMC含量的增加，

CMC/PVA复合凝胶的结晶度下降，凝胶网络中的自由体积增大，再溶胀性提高；

同时，对于环境pH的敏感性增强。以牛血红蛋白（HB）为模拟药物，对其释放性

能进行初步研究的结果表明，CMC/PVA复合凝胶可用作水溶性蛋白质药物的载体，

其释放速率可通过CMC含量来加以调节。

关键词：聚乙烯醇，羧化淀粉，羧甲基纤维素，复合水凝胶，物理交联Abstract

VI ABSTRACT

The physically cross-linked complex hydrogels of poly(vinyl alcohol) (PVA), a

water-soluble and biocompatible polymer, and polysaccharides are derived from

第1篇

一、实验目的

1. 了解水凝胶的基本原理和制备方法。

2. 掌握水凝胶的制备过程，提高实验操作技能。

3. 探究不同制备条件对水凝胶性能的影响。

二、实验原理

水凝胶是一种具有三维网络结构的亲水高分子材料，具有良好的生物相容性、生物降解性和力学性能。水凝胶的制备方法主要有物理交联法和化学交联法。本实验采用化学交联法，利用交联剂使单体发生聚合反应，形成水凝胶。

三、实验材料与仪器

1. 实验材料：聚乙烯醇（PVA）、交联剂（NaOH）、NaCl、蒸馏水等。

2. 实验仪器：电子天平、烧杯、磁力搅拌器、水浴锅、玻璃棒、滴定管、移液管等。

四、实验步骤

1. 准备溶液：称取一定量的PVA，加入适量的蒸馏水，在磁力搅拌器上加热溶解，得到PVA溶液。

2. 配制交联剂：称取适量的NaOH，加入适量的蒸馏水，得到NaOH溶液。

3. 混合溶液：将PVA溶液与NaOH溶液按一定比例混合，搅拌均匀。

4. 添加NaCl：在混合溶液中加入一定量的NaCl，搅拌均匀。

5. 制备水凝胶：将混合溶液倒入烧杯中，放入水浴锅中加热，观察溶液的变化。当溶液出现凝胶状时，停止加热。

6. 冷却：将水凝胶取出，放入冷水中冷却，使其凝固。

7. 切割：将水凝胶切割成一定大小的块状，进行性能测试。

五、实验结果与分析 1. 不同PVA浓度对水凝胶性能的影响：实验结果表明，随着PVA浓度的增加，水凝胶的溶胀率和力学性能逐渐提高，但水凝胶的透明度逐渐降低。

2. 不同交联剂浓度对水凝胶性能的影响：实验结果表明，随着交联剂浓度的增加，水凝胶的溶胀率和力学性能逐渐提高，但交联剂浓度过高会导致水凝胶的力学性能下降。

3. 不同NaCl浓度对水凝胶性能的影响：实验结果表明，随着NaCl浓度的增加，水凝胶的溶胀率和力学性能逐渐降低，但水凝胶的透明度逐渐提高。

六、实验结论

1. 通过化学交联法成功制备了水凝胶，并对其性能进行了测试。

2. 实验结果表明，PVA浓度、交联剂浓度和NaCl浓度对水凝胶的性能有显著影响。