PVA_明胶_Fe_3O_4磁敏感性水凝胶的制备及性能研究(1)
pva复合水凝胶的制备及其性能研究
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。
四、结论通过对PVA复合水凝胶的性能测试，可以看出，PVA复合水凝胶具有较高的热稳定性，强度和可塑性，耐紫外线能力和抗氧化能力也十分出色。
论文—基于PVA的凝胶材料的制备及性能研究
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+ nCH3COOCH3OH乙炔与醋酸为原料，以醋酸乙烯为催化剂可以制得醋酸乙烯：HC≡CH + CH3COOH →H2C = CH∣OCOCH3将反应制得到的醋酸乙烯单体以甲醇为溶剂，偶氮二异丁腈为引发剂，经聚合、醇解等工序制成聚乙烯醇。
PVA凝胶软骨修复材料的制备与性能研究的开题报告
PVP/PVA凝胶软骨修复材料的制备与性能研究的开题报告一、选题的背景和意义软骨组织具有良好的弹性和缓冲性能，对人体运动功能具有非常重要的作用。
然而，软骨损伤或退化在很大程度上会影响人体活动的正常，如果一旦软骨发生损伤或磨损，将会非常困难和昂贵来修复。
因此，如何制备一种具有良好生物相容性和生物力学特性的软骨修复材料，以加速软骨组织修复和缓解疼痛，就成为了一个备受关注的研究领域。
目前，由于许多因素的影响，例如代谢、创伤、遗传等，软骨损伤和损坏的情况逐年增加。
传统的治疗方法，例如微创手术、骨激素、短波等方法仍然存在许多不足。
因此，研制一种高效和可靠的治疗方法，成为许多研究者和医生共同的目标。
PVP/PVA凝胶作为一种新型的软骨修复材料，因其透明、透气、无毒、可吸收等优良性能，在生物医学工程领域中得到了广泛的应用，因此，研究PVP/PVA凝胶软骨修复材料的制备与性能具有非常重要的学术和应用价值。
二、研究内容及方法本文将以PVP/PVA凝胶为主要研究对象，通过实验方法对PVP/PVA凝胶的合成、结构特点、生物相容性、生物力学性能进行了分析和探究。
1. PVP/PVA凝胶的制备方法研究：采用相转移催化法和自由基聚合法等方法制备PVP/PVA凝胶，并对其合成条件进行优化与改进，以获得相应的优良性能。
2. PVP/PVA凝胶的形态结构研究：利用红外光谱仪、核磁共振波谱等手段对PVP/PVA凝胶的结构进行分析、表征和比较，以探究其形态结构及特性差异性。
3. PVP/PVA凝胶的生物相容性研究：采用大鼠内皮细胞培养试验、细胞形态观察和细胞增殖率等方法对PVP/PVA凝胶与生物体内皮细胞的生物相容性进行评估。
4. PVP/PVA凝胶的生物力学性能研究：采用纳米渗透法、扫描电镜等手段评估PVP/PVA凝胶与硅胶的力学性能，分析其硬度、防水性等基本性能。
三、预期研究结果及意义1. 本文将建立PVP/PVA凝胶的制备方法，为研究和应用此类凝胶材料提供了理论和技术基础。
温敏性水凝胶的制备及其性能研究
温敏性水凝胶的制备及其性能研究
任显财
【期刊名称】《煤炭科学技术》
【年(卷),期】2021(49)S02
【摘要】为了有效防止煤矿采空区自燃发火现象,基于传统高分子水凝胶在灭火过程中存在的问题,采用淀粉、聚乙二醇(PEG)、N-异丙基丙烯酰胺、NN-亚甲基双丙烯酰胺、氯化钠(NaCl)溶液为原料制备温敏性水凝胶,并在该体系中添加阻燃剂聚磷酸铵。
在实验中,采用试管倒置法测其凝胶不发生流动时的温度(LCST),利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)表征产物结构,借助热重分析仪分别测试水凝胶的热稳定性。
这种温敏性水凝胶具有良好的热稳定性以及易降解性,能够随着外部温度的变化发生溶胶-凝胶相态变化,外部温度小于临界转变温度时会呈黏度小的溶胶状,超过临界转变温度(LCST)时呈凝胶状,具有黏度大、稳定性好、防灭火性能高等特点。
【总页数】6页(P190-195)
【作者】任显财
【作者单位】国能神东煤炭集团有限责任公司大柳塔煤矿
【正文语种】中文
【中图分类】TQ427.26;TD752
【相关文献】
1.温敏性高分子水凝胶制备及灭火性能研究
2.温敏性水凝胶制备及阻燃性能研究
3.仿生温敏性复合水凝胶的制备及性能研究
4.聚N-异丙基丙烯酰胺/甲基丙烯酸聚乙
二醇酯温敏性水凝胶的制备及性能研究5.壳聚糖温敏性水凝胶蛋白载体的制备及其性能研究
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改性明胶磁性Fe_3O_4纳米粒子的制备及其性能研究
改性明胶磁性Fe_3O_4纳米粒子的制备及其性能研究
宁顺花
【期刊名称】《化工管理》
【年(卷),期】2015(0)33
【摘要】随着社会的发展,在研究和分析磁响应性新型药物载体的时候,已经广泛应用磁性微球,但磁性Fe3O4纳米粒子比表面积较大,具有强烈的聚集倾向,这大大限制了磁性纳米粒子的应用,因此有必要对其进行表面修饰。
本文采取化学共沉淀方式制备磁性Fe3O4纳米粒子,用亲水性葡聚糖-明胶高分子化合物对其进行表面修饰来制备磁性Fe3O4纳米粒子,这种复合微粒分散性好,稳定性强,并且因表面含有大量官能团,具有生物相容性和可降解性。
【总页数】2页(P71-71)
【关键词】明胶;磁性Fe3O4;纳米粒子;制备
【作者】宁顺花
【作者单位】衡阳师范学院
【正文语种】中文
【中图分类】O484.43
【相关文献】
1.改性明胶磁性Fe3O4纳米粒子的制备及其性能研究 [J], 宁顺花
2.反应型纳米级磁核聚烯烃类磁性材料的研究——(Ⅰ)纳米级Fe_3O_4磁性超微粒的制备和性能研究 [J], 韩志萍;王立;谢涛;封麟先
3.磁性核壳Fe_3O_4/Ag纳米复合粒子的制备及性能(英文) [J], 章桥新;杨丽宁;张佳明;官建国;王一龙
4.超顺磁性纳米级Fe_3O_4粒子的制备与性能表征 [J], 王亚辉;马玉娟;邓红;李宁;严勃
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磁场敏感性水凝胶研究进展
磁场敏感性水凝胶研究进展相 梅,郑志伟,汪辉亮,贺昌城3(北京师范大学化学学院,北京 100875) 摘要:磁场敏感性水凝胶是一类由聚合物三维网络和磁性组分所构成的复合凝胶,其在药物控制释放、人工肌肉、酶的固定与蛋白质分离等领域具有良好的应用前景。
本文综述了磁场敏感性水凝胶的制备方法及其在上述领域的应用。
关键词:水凝胶;磁场敏感性水凝胶;制备;应用凝胶是由三维网络结构的高分子和充塞在高分子网链间隙中的小分子介质所构成的。
一般情况下,介质为液体。
水凝胶是以水为介质、能在水中溶胀并保持大量水分而又不溶解的聚合物体系。
根据对外界刺激的响应特性,可以将水凝胶分为普通水凝胶和环境敏感性水凝胶,后者又称为智能型水凝胶或刺激响应性水凝胶。
与普通水凝胶不同,环境敏感性水凝胶能够感知外界物理的或化学的刺激信号的变化,并可通过体积相转变等行为做出应答。
根据刺激信号的不同,又可将环境敏感性水凝胶分为温度敏感性水凝胶、p H敏感性水凝胶、电场敏感性水凝胶、磁场敏感性水凝胶等。
磁场敏感性水凝胶(ferrogel或magnetic2field2sensitive hydrogel)是指对磁场具有响应特性的一类环境敏感性水凝胶。
本文将就磁场敏感性水凝胶的基本组成、制备方法、结构、性能及应用等方面作一综述。
1 磁场敏感性水凝胶的组成、结构与性质磁场敏感性水凝胶一般是由聚合物基质和功能组分所构成的复合凝胶。
赋予水凝胶磁场响应特性的功能组分多为无机磁性粒子,最常见的有Fe3O4、γ2Fe2O3等金属氧化物以及Co Fe2O4等铁酸盐类物质。
其中,Fe3O4由于具有价廉易得、无毒等优点,是目前最常被采用的磁性组分。
构成水凝胶的聚合物的种类,磁性粒子的种类、粒径大小及其在体系中的含量等对复合水凝胶的性质都有着非常大的影响。
若磁性组分具有超顺磁性,复合凝胶也可表现出超顺磁性,即在磁场作用下具有较强的磁性,撤除磁场后其磁性很快消失,不会被永久磁化;若凝胶中的磁性粒子不具有超顺磁性,复合凝胶则具有永磁体的特性。
电纺制备Fe3O4PVA磁性人工肌肉及性能研究
电纺制备Fe3O4/PVA磁性人工肌肉及性能研究作者：韩维华袁金秀郭印达信诗琦王晓雄龙云泽来源：《青岛大学学报（工程技术版）》2021年第04期摘要：为解决微机电系统中执行器的非接触式远程控制问题，本文主要对电纺制备Fe3O4/PVA磁性人工肌肉及其性能进行研究。
采用静电纺丝技术，制备出具有磁性的Fe3O4/PVA复合纳米纤维，并通过卷曲和绞制操作，进一步制得纳米绳索。
同时，利用综合物理性质测量系统（PPMSVSM），对制备的Fe3O4/PVA复合纳米纤维进行磁性表征，并采用Matlab软件进行仿真计算，利用有限元方法模拟了永磁体周围的磁场分布。
实验结果表明，所制备的Fe3O4/PVA复合纳米纤维具有超顺磁性，表现出对磁场的响应特性，说明，Fe3O4/PVA 纳米绳索可应用于人工肌肉执行器，且该人工肌肉的反应随着磁场的增加而迅速增加，但该人工肌肉受力不均匀。
通过分析磁体周围的磁场梯度变化，解释了力随着磁场的增加而增加的现象。
该研究为微纳米人工肌肉的进一步研究提供了理论依据。
关键词：静电纺丝; 磁性; 人工肌肉中图分类号： TQ340 文献标识码： A基金项目：青岛市博士后科研基金资助项目（2016014）随着科技的不断发展，电子元器件越来越丰富，性能也越来越好。
这促进了人工智能和其他类人领域的快速发展。
然而，与之形成鲜明对比的是，对于简单的运动控制和理想的执行器，人们仍然没有更好的选择。
宏观执行器，如内燃机、电动机，体积庞大很难为机器人提供复杂的精细运动控制。
莫拉维克悖论[1-2]中也提到了这种情况。
目前，用于人工肌肉的执行器材料主要基于热响应[3-5]、湿度响应[68]、电场响应[9-11]、电化学响应[12-15]、光响应[16-18]、气压响应[19]和磁响应[20-22]等，然而这些响应大部分无法完成远程驱动。
借鉴内燃机和电动机的成功经验，良好的人工肌肉应是依附于某一系统而能够实现远程控制，如气体系统和磁场系统。
水凝胶材料的制备与磁性性能分析
水凝胶材料的制备与磁性性能分析水凝胶材料在诸多领域中都具有广泛的应用，如生物医学、电子工程、环境科学等。
水凝胶材料的优异性能往往与其微观结构和物理特性密切相关。
本文将探讨水凝胶材料的制备方法以及对其磁性性能的分析。
水凝胶材料的制备方法多种多样，如溶胶-凝胶法、水热法、电化学沉积法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种常用的制备水凝胶材料的方法。
该方法首先将溶胶中的成分均匀混合，形成凝胶体系，接着通过固化和干燥过程，使溶胶转变为凝胶状固体。
水凝胶材料在这个过程中的微观结构形成，对其后的物理性质产生重要影响。
此外，水凝胶材料的制备方法还可以根据具体需求进行定制，例如在制备过程中引入控制剂，可以调控凝胶的孔隙结构和粒径分布，从而影响其力学性能和渗透性能。
水凝胶材料的磁性性能分析主要包括磁化率、饱和磁化强度和磁滞回线等指标。
磁化率是表征材料对外加磁场响应能力的物理量。
饱和磁化强度则是材料在饱和磁场下达到的最大磁化强度。
磁滞回线则能反映材料的磁滞特性，即在磁场作用下材料自身的磁化和去磁化过程。
水凝胶材料的磁性性能可以通过使用磁强计、霍尔效应仪器等设备进行测量和分析。
分析水凝胶材料的磁性性能有助于了解其在磁场作用下的行为规律，为进一步开发相关应用提供参考依据。
水凝胶材料可以通过引入磁性粒子来赋予其磁性。
常见的磁性粒子包括铁磁性纳米颗粒、合成磁性钙钛矿氧化物等。
在制备过程中加入这些磁性粒子，既可保持水凝胶材料的原有特性，又拥有了磁性。
例如，通过将氧化铁纳米颗粒嵌入凝胶分子网络中，可以获得具有良好磁活性的水凝胶材料。
这种具备磁性特性的水凝胶材料可以应用于生物医学领域，如靶向药物传输、磁热治疗等。
除了制备方法和磁性性能分析外，水凝胶材料的形貌结构对其性能也起到重要影响。
一维纳米线状水凝胶材料具有较大的比表面积和更好的渗透性能，因而在催化、传感等领域有着广泛应用。
在实际应用中，有时会需要在水凝胶材料的基础上进一步构筑复合结构，例如核壳结构、多层结构等，以进一步拓展其性能。
磁性水凝胶电磁致动特性研究共3篇
磁性水凝胶电磁致动特性研究共3篇磁性水凝胶电磁致动特性研究1磁性水凝胶电磁致动特性研究磁性水凝胶是一种由聚合物基质和磁性粉体组成的复合材料，具有广泛的应用前景。
磁性水凝胶能够在外加磁场的作用下发生形变，因此具有优良的电磁致动特性，是一种具有潜在应用价值的机电一体化材料。
本文将介绍磁性水凝胶的电磁致动特性及其研究进展。
一、磁性水凝胶的电磁致动机理磁性水凝胶的电磁致动机理与其内部磁性粉体的运动有关。
当磁性水凝胶处于外加磁场中时，磁性粉体会受到磁场力的作用产生运动，从而引起水凝胶基质的变形。
在外加磁场的作用下，磁性水凝胶能够产生不同形式的变形，如伸长、收缩、扭曲等，且变形幅度可随磁场的大小及方向改变。
这种磁性水凝胶的电磁致动特性为其在机电一体化应用中提供了巨大的潜力，可应用于微机械系统等领域。
二、磁性水凝胶的制备方法有许多种制备磁性水凝胶的方法，如原位聚合法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。
其中，原位聚合法是较为常用的制备方法。
该方法的步骤如下：首先将磁性纳米颗粒与单体混合，接着加入引发剂，并在一定条件下进行聚合反应，其中单体可选择丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯等，得到磁性水凝胶。
制备的水凝胶表现出了明显的磁场响应行为，可以实现电磁致动变形。
三、磁性水凝胶的研究进展随着科技的发展和对新材料需求的增加，磁性水凝胶研究得到了越来越多的关注。
近年来，磁性水凝胶的研究已经取得了不少进展。
例如，有学者研究了磁性水凝胶的形变响应与磁场强度、形变速率等因素之间的关系，发现其形变速率随磁场强度增加而提高，但随着形变速率增大，形变幅度会降低。
此外，也有学者对磁性水凝胶的功率损失等性能进行了研究，以提高其应用性能。
总之，磁性水凝胶是一种具有广泛应用前景的新材料，具有优秀的电磁致动特性和应变性能。
目前，对其性能及应用的研究还处于起步阶段，但我们相信，在不断的研究和探索中，这种材料的潜能将会不断得到开发和应用。
磁性水凝胶电磁致动特性研究2磁性水凝胶是一种由水凝胶物质和磁性粒子纳米颗粒复合而成的有机磁性材料。
温度敏感水凝胶的制备及共载vpa与抗肿瘤药物的体外抗肿瘤效果研究
摘要温度敏感水凝胶的制备及共载VPA与抗肿瘤药物的体外抗肿瘤效果研究目的：癌症作为一种世界范围内的公共卫生问题，是造成人类死亡的第二大死因，其具有广泛的发病范围、逐年升高的死亡率，严重威胁人类的健康。
化疗是目前非手术治疗癌症的重要方法，但存在注射频率高、药物利用率低、体内代谢迅速、毒副作用大等缺点，使其治疗效果无法达到预期。
温度敏感水凝胶作为药物载体具有良好的生物可降解性和组织相容性，应用于肿瘤局部治疗具有提高局部药物浓度、药物缓释（长效性）、给药频率低，机体毒性小等优点，作为药物载体已广泛用于肿瘤的局部治疗研究中。
药物联合治疗是增强治疗效果的有效途径，目前常用的联合治疗方案包括手术/化疗，化疗/放疗、化疗/免疫治疗以及多种化疗药物联用等均可明显提高治疗效果。
聚乙二醇-聚（γ-乙基-L-谷氨酸酯）（PEG-PELG）水凝胶作为新型的温度敏感型水凝胶，在体内可以快速成胶，并作为可注射材料为药物缓释提供载体。
本研究的目的是探索这种水凝胶材料共担载组蛋白去乙酰化酶抑制剂丙戊酸钠(sodium valproate,VPA) 与抗肿瘤化疗药顺铂(cis-platinum,CDDP) 后对耐药细胞株的杀伤效果，为进一步研究及临床应用提供依据。
具体方案如下：利用开环聚合方法制备二嵌段聚合物PEG-PELG并进行性状表征以确定其聚合度和分子量得到具体结构PEG2K-PELG15，其成胶温度随浓度的增高而降低，丙戊酸钠和顺铂联用细胞毒性实验表明两药联用后可提高对A549/CDDP细胞抗肿瘤效果，诱导细胞凋亡和细胞周期阻滞，利用物理混匀的方法担载VPA和CDDP后，细胞毒性实验表明联合载药后可提高对耐药细胞A549/CDDP抗肿瘤效果，表明PEG2K-PELG15作为药物缓释载体联合担载VPA和CDDP后可提高A549/CDDP的治疗效果，并降低A549/CDDP肿瘤耐药性，在肺癌治理中具有良好的应用前景。
综上所述，温度敏感水凝胶PEG-PELG 具有良好的生物相容性、生物可降解性和药物缓释性能，担载药物后在肿瘤局部治疗中具有良好的应用前景。
PVA-SA水凝胶生物载体的制备及其性能研究
PVA-SA水凝胶生物载体的制备及其性能研究谭炳琰;储昭瑞;吴桂荣;骆华勇;荣宏伟【摘要】A PVA-SA hydrogel biocarrier was prepared by solution blending method with boric acid as crosslink-ing agent.Then the carrier was characterized by using specific surface area /aperture distribution, scanning e-lectron microscopy(SEM)and Fourier transform infrared spectroscopic methods.Furthermore,its biological ac-tivity and treatment efficiency in the wastewater treatment were investigated.The results show that the most suit-able PVA and SA concentrations are 7%and1%respectively.Under these conditions,the specific surface area of gel beads is 24.233 m2· g -1.The average pore size is 60.895nm,and these pores are dominated by large and mesoporous pores.It is observed that the network of the gel beads is stable and has abundant pore structure under the scanning electron microscopy.With the formation of biofilm in the gel beads,the surface and internal of the gel beads effectively produce lots of microorganisms, which results in excellent biological activity.The batch test showed that the oxygen uptake rate of the carriers is 8.95μgO2·(min· stars)-1and COD removal efficiency can reach 89%.Thus,the PVA-SA hydrogel gel bead can serve as an ideal biological carrier to speed up the biofilm formation and improve the efficiency of wastewater treatment.%该研究采用溶液共混法以硼酸作为交联剂制备PVA-SA水凝胶生物载体,并结合比表面积/孔径分布仪、扫描电镜及傅里叶红外光谱等分析手段对载体进行分析;通过快速排泥法对载体挂膜,考察其在废水处理中的生物活性和处理效果.结果表明,当PVA浓度为7%、SA浓度为1%时,制得PVA-SA水凝胶生物载体具有较好的热稳定性,比表面积为24.233 m2· g-1,平均孔径为60.895 nm,孔隙分布以大孔和中孔分布为主,微孔所占比例比较小.扫描电镜观察显示挂膜前的凝胶球空间网络稳定,有丰富的孔隙结构.挂膜后的凝胶球表面及内部有效富集了大量的微生物,生物活性较好,耗氧速率为8.95 μgO2·(min· 颗)-1,COD去除率能达到89%,能够作为一种理想的生物载体.【期刊名称】《广州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(017)002【总页数】7页(P81-87)【关键词】生物载体;PVA;SA;比表面积及孔径分析【作者】谭炳琰;储昭瑞;吴桂荣;骆华勇;荣宏伟【作者单位】广州大学土木工程学院,广东广州 510006;广州大学土木工程学院,广东广州 510006;广州大学土木工程学院,广东广州 510006;广州大学土木工程学院,广东广州 510006;广州大学土木工程学院,广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】X703生物载体是废水生物膜处理技术的核心之一，为了提高处理效率,往往要提高载体表面的生物量,而载体的材质将直接影响微生物的附着与生长.常用的塑料生物载体的生物亲和性、亲水性和活性不足，而海绵载体机械强度低，脱气性能差,导致废水的生物处理效率不高[1].聚乙烯醇(PVA)水凝胶因其具有三维网络结构，孔隙发达且比重接近颗粒污泥，有较好的生物亲和性，常被用于微生物包埋剂[2].将PVA制作成球型生物载体,能够发挥其优势,特别是作为大孔载体的优点更为明显.同时，聚乙烯醇分子链上含有大量羟基，能与硼酸进行化学交联形成Monodiol型凝胶[3].而硼是细菌合成群体感应信号分子呋喃硼酸二酯(AI-2)的重要组成元素[4].在废水处理中群体感应信号分子能够调控细菌的多种生理生化功能(如生物发光、固氮基因表达、群游现象和生物膜的形成等)，从而提高废水处理效率.因此，本研究通过溶液共混法，以硼酸作为交联剂制备出一系列不同质量比的PVA-SA复合水凝胶球并对其结构、性能等方面进行了研究，以寻找合成PVA-SA水凝胶生物载体的最适宜条件.1 试验材料与方法1.1 试剂和仪器聚乙烯醇(PVA):化学纯;海藻酸钠(SA):化学纯;硼酸:分析纯；无水氯化钙:分析纯. SEM扫描电子显微镜：JSM-7001F；傅里叶变换红外光谱仪：Tensor27；比表面积/孔径分布及孔隙分析仪：SA3100；热重分析仪：TGA4000；差示扫描量热仪：DSC8000.1.2 PVA-SA水凝胶生物载体的制备溶液共混法：先称取一定量的SA溶于蒸馏水搅拌配制成均匀溶胶,再称取一定量的PVA溶于蒸馏水, 于95 ℃加热搅拌配制成均匀溶胶,然后将SA溶胶与PVA溶胶等比例均匀混合，室温下搅拌6 h直至完全均匀混合.将共混溶液倒入恒压漏斗中，用5%(w/v)CaCl2-饱和硼酸溶液在三颈烧瓶中进行交联.交联48 h后用超纯水洗涤9 h，再用液氮反复冻融3次，最后进行真空干燥即得PVA-SA复合凝胶球.1.3 物理化学特性表征1.3.1 粒径、质量分析随机抽取50粒未干燥及干燥后的凝胶球，用滤纸吸取表面水分后称重，计算凝胶球平均质量.然后，用游标卡尺分别测量微球直径，计算凝胶球平均直径.1.3.2 溶胀率的测定(Swelling Ratio，SR)称取一定量干燥凝胶球(W0)放入盛有碳酸氢钠缓冲溶液(pH=7.5，模拟废水)的烧杯中，于30 ℃恒温静置一定时间t，取出凝胶球，擦干称重Wt，按式(1)计算溶胀率：(1)经0.5 h、1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、10 h、20 h分别测定凝胶球的溶胀率[5].1.3.3 热重分析(TG)采用热重分析仪测试凝胶球在不同温度下质量损失规律，对凝胶球材料的热稳定性进行定性分析.测试温度在30 ℃～800 ℃之间，升温速率为20 k·min-1，采用N2气氛[6].1.3.4 差示扫描量热分析(DSC)采用差示扫描量热仪测试干凝胶的玻璃化转变温度.测试温度在-50 ℃～100 ℃之间，升温速率为10 k·min-1,同样采用N2气氛[2].1.3.5 比表面积及孔径分析(BET)采用比表面积及孔径分布仪测定催化剂的比表面积及孔径.测试方法:称取一定质量的样品置于样品管下抽真空，然后进行低温氮气吸脱附实验测得等温吸附脱附曲线.采用BET模型计算比表面积.用BJH法计算孔容、孔径分布[7].1.3.6 扫描电镜分析(SEM)将制得的水凝胶用液氮急冻脆裂后冷冻干燥，使用扫描电镜来观察凝胶的表面及内部孔隙结构.挂膜后的载体测试之前，先将样品进行固定化操作[8]，再冷冻干燥.然后将样品喷金，最后进行扫描电镜的测试.1.3.7 红外光谱分析(FTIR)采用傅立叶变换红外光谱仪分析凝胶分子含有的特征官能团.将凝胶试样与少量溴化钾共同研磨成粉末，压片测试，扫描速度20 min-1，分辨率4 cm-1，在400～4 000 cm-1的波数范围内进行测定[9].1.4 挂膜性能分析采用快速排泥法挂膜，即在4个250 mL烧杯中,放入填充比为20%的凝胶球.分别接种等量的污水厂二沉池污泥，充分曝气使污泥与模拟废水(成分：0.5 mg·L-1乙酸钠、0.19 mg·L-1氯化铵、200 mg·L-1七水合硫酸镁、350 mg·L-1氯化钙、600 mg·L-1碳酸氢钠、1.5 mg·L-1硫酸亚铁)均匀混合，水力停留时间为24 h.反应器中的溶解氧浓度控制为7.24～7.47 mg·L-1，温度控制为23 ℃～27 ℃.驯养10 d后排掉悬浮污泥，测定挂膜后凝胶球的微生物活性[1].按式(2)、式(3)计算COD去除率和耗氧速率[10].COD去除率(2)(3)2 结果与讨论2.1 SA的浓度对PVA-SA复合凝胶球的影响选取质量分数为5%(w/v)的PVA，质量分数为5%CaCl2(w/v)的饱和硼酸溶液，SA的质量分数分别为0%、1%和 2%，所得试验结果见表1及图1.表1 不同SA质量分数对微球形态的影响Table 1 The influence of different SA mass fraction on microsphere morphologyω(PVA)/%ω(SA)/%滴入 CaCl2 溶液中微球的形态50成球困难,颗粒不定型,粘附现象严重(图1a)51易于成球,成椭球状,具有较好的机械强度(图1b)52微球拖尾现象严重,成球困难,易堵塞针头(图1c)图1 不同SA质量分数的凝胶球形态Fig.1 The gel sphere shape of different SA mass fraction由试验可知，单独的PVA溶胶成球效果很差, 存在很严重的粘连现象.主要原因是PVA分子中有大量的亲水性羟基, 微球之间容易相互吸引，故在交联过程中难以成球；SA的质量分数过高时，混合溶胶粘稠度较高，流动性较差，容易堵塞针头，并且微球有拖尾现象或形成一些不规则的球体.当SA质量分数为1%时，成球效果最佳.2.2 不同PVA浓度的复合凝胶球的特性制备不同PVA浓度的复合凝胶球以SA的浓度为1%为基础配比，选取PVA浓度为5%、6%、7%、8%，以5%的氯化钙-饱和硼酸溶液为交联剂，交联时间24 h.通过对不同PVA浓度配比的复合凝胶球物理特性、孔隙分布、化学结构及废水处理性能等方面进行表征分析，以寻找合成PVA-SA水凝胶球生物载体的最佳PVA 浓度.2.2.1 物理特性分析首先对交联完成后及冷冻干燥后的凝胶球作了平均粒径和平均质量的测定,所得结果如图2a和图2b.实验发现，不同PVA浓度的复合凝胶球交联后的粒径都在4 mm左右，干燥后粒径减少0.5 mm左右，但5%和6%的凝胶球外形呈椭球状，8%的凝胶球具有拖尾现象，导致其粒径标准偏差较大：7%的凝胶球球形较好，圆整饱满，形态较规则，所以粒径标准偏差最小.图2b可见，交联后的凝胶球质量在35～40 mg之间，密度大致在1.047 1 g·cm-3左右，密度略大于水，可用作生物膜悬浮载体.而干燥后的凝胶球质量均在6 mg左右，质量减少82.86%～85.00%.溶胀率是影响水凝胶球理化性质的一个重要因素[11].水凝胶的溶胀过程其实是内部高分子网络结构伸缩的过程.当溶剂进入到凝胶球内部，使三维网状高分子结构伸展，但由于分子链之间弹性收缩力的存在使得网状结构收缩，当这2种相反的趋势达到平衡状态时凝胶球粒径不再变化.凝胶球的溶胀性受自身分子结构以及环境条件如PH、温度等的影响[12].如图2c所示，凝胶球在24 h后达到溶胀平衡，并且当PVA浓度增加时，羟基与硼酸的交联位点也随之增多，可以形成更稳定的三维网络结构，从而提高凝胶的亲水性和溶胀率.但当PVA含量过高，往往会使凝胶球结构致密，不适用于微生物挂膜生长.图2 不同PVA浓度的凝胶球的物理特性Fig.2 The physical properties of the gel balls of different PVA concentrations2.2.2 热稳定性分析图3所示为不同PVA浓度的复合凝胶球的热重分析结果.从热重曲线(TG)和微商热重曲线(DTG)中可见，随着温度的升高，凝胶球的质量逐渐下降，室温180 ℃时，出现较大的质量损失约为12%，这一阶段主要为凝胶球中结合水的脱除；第二阶段为200 ℃～380 ℃，这一阶段SA开始裂解为较为稳定的中间产物,PVA分子链氢键断裂，侧基消除生成水和醋酸，对应着空间网络骨架的断裂；最后从380 ℃～800 ℃出现连续质量损失，空间网络结构逐渐瓦解，中间产物彻底分解为CO2和水.比较图3a、b、c、d可见，5%的凝胶球热稳定性最差在第二阶段就完全分解， 7%的凝胶球空间结构最稳定热分解趋势较为平缓.2.2.3 孔隙、孔径及比表面积分析用比表面积及孔径分布仪测定了的不同PVA浓度的复合凝胶球比表面积及孔径分布，结果见表2.由表2可见,当提高PVA的浓度后，样品的BET比表面积明显增加，孔容大幅增加，但当PVA浓度增加到8%时，由于PVA浓度过高，导致凝胶球结构过于紧密，使比表面积和孔容大幅缩小.因此，从比表面积考虑，PVA浓度最佳浓度为7%，此时凝胶球比表面积为24.233 m2·g-1，平均孔径为60.895 nm.图3 不同PVA浓度的凝胶球的热重分析曲线Fig.3 The thermogravimetric analysis of gel balls of different PVA concentrations表2 不同PVA浓度的复合凝胶球比表面积及孔容孔径Table 2 The gel ball ratio surface area and pore size aperture of different PVA concentration表征项目5%6%7%8%表面积BET单点(P/P0=0.3)比表面积/(m2·g-1)10.21117.20725.1927.233BET多点比表面积/(m2·g-1)11.04415.82024.2336.412孔容单点(P/P0=0.981 4)吸附总孔体积/(cm3·g-1)0.032 0.108 0.174 0.023 孔径BJH脱附平均孔径/nm44.489 57.367 60.895 41.881图4是不同PVA浓度配比的复合凝胶球孔径分布图(根据国际纯粹与应用化学联合会 (IUPAC) 根据孔隙直径大小而区分).可见不同PVA浓度配比的复合凝胶球的孔径分布差异较大，PVA浓度为5%和8%的凝胶球孔径分布比例大致均匀，但适合微生物附着生长的大孔只占总孔容的30%左右[13]，而PVA浓度为6%和7%的凝胶球以大孔和中孔分布为主，微孔所占比例比较小，更适合作为微生物载体.2.2.4 扫描电镜分析(SEM)图5a、5b、5c分别是PVA浓度为7%的挂膜前凝胶球截面的SEM(100倍、1 000倍、2 000倍)照片.由图5a可知凝胶球内部具有较丰富的孔隙结构.比较图5b、5c可见，凝胶球内部空间网络结构外密内疏，离球心较近的内部结构呈棉絮状，其孔径结构更丰富，孔径更大，这更加有利于营养物质输送到凝胶球内部以供微生物在凝胶球内部生长.图4 不同PVA浓度的凝胶球孔径分布图Fig.4 The gel ball pore diameter distribution of different PVAconcentrations图5 PVA浓度为7%的凝胶球截面的SEM照片Fig.5 The SEM photos of the cross section of gel-ball with 7% of PVA concentration2.2.5 红外光谱分析(FTIR)图6为SA、PVA、硼酸及化学交联后不同PVA浓度的凝胶球的红外谱图.图中，在3 435 cm-1处附近的强吸收峰是由O—H伸缩振动引起的羟基特征峰；在2 927 cm-1和1 430 cm-1处的吸收峰分别是为C—H的对称伸缩振动峰和面内弯曲振动峰；在 2 355 cm-1处的吸收峰属于硼酸的B—H的伸缩振动峰；而1 635 cm-1和1 128 cm-1处的吸收峰分别归属于海藻酸的和C—O伸缩振动峰.对比PVA和PVA-SA复合水凝胶的红外谱图可知，在PVA柔性大分子中引入SA网络大分子后降低了其电荷密度,削弱了分子链间的静电作用，减弱了PVA分子间的氢键作用，能有效地防止PVA成球过程的聚附效应.同时，随着PVA浓度的增大，B—H的峰值逐渐增大，而O—H的峰值逐渐减小，在PVA浓度达到7%时分别达到最大值和最小值，说明当PVA浓度为7%时，PVA中的O—H与硼酸化学交联的效果最好，从而PVA-SA复合水凝胶球结构最趋于稳定.图6 SA、PVA、硼酸及不同PVA浓度的凝胶球的红外谱图Fig.6 The infrared spectrogram of SA, PVA, boric acid and different PVA concentration of gel balls2.2.6 PVA-SA复合凝胶球的形成机理PVA是具有支链羟基的亲水性有机合成高分子.这些羟基与硼酸反应形成网络结构可以使PVA形成凝胶，未反应的羟基会与水形成氢键从而使凝胶内含有水而形成多孔结构.而SA能与交联剂溶液中的Ca2+快速反应形成空间网络结构，其反应速度要快于PVA与硼酸的反应，会首先形成凝胶球的网络框架，削弱PVA分子链间的氢键，促使交联反应时不易凝聚在一起，形成的凝胶球具有较好的球状性和弹性.并且随PVA用量增加，凝胶网络结构由疏松变得致密，因此，适当的增加PVA浓度有利于提高凝胶球的机械强度.2.2.7 污水处理性能分析在载体挂膜试验中，凝胶球与新鲜活性污泥均匀混合.在凝胶球表面及内部的孔隙中大量微生物聚附生长形成生物膜.生物膜中的微生物通过降解污水中的有机物来进行繁殖代谢.但随着挂膜时间的增加，凝胶球中部分SA被微生物降解而导致凝胶球变软发泡机械强度变差，因而PVA浓度为5%的凝胶球在第7天就全部破损，无法进行后续试验.图5d、5e、5f是PVA浓度为7%凝胶球挂膜后的SEM(100倍、300倍、1 000倍)照片.可见，在凝胶球表面及内部的孔隙表面附着生长着大量微生物,其分布形成以单菌和小菌团为主.而在某些位置还能发现少量丝状菌的存在.究其原因，凝胶球内部处于缺氧状态.与挂膜之前相比，由于部分SA被微生物降解导致内部孔隙结构更为丰富，孔径更大.不同的PVA浓度的凝胶球在传质、结构及稳定性等方面有着各自不同的特点, 这势必影响到附着微生物的活性.图7是不同时间段, 3种PVA浓度梯度凝胶球挂膜后对模拟废水中COD去除率随时间的变化.可见，在1个周期内PVA浓度为7%的凝胶球COD去除率为89.4%，废水处理效能最好，同时从耗氧速率结果(表3)来看，PVA浓度为7%的凝胶球的微生物活性达8.95 μgO2·(min·颗)-1，远远大于其他浓度梯度，符合比表面积和孔隙分布规律.综合考虑废水处理效率和机械强度，最终确定PVA最佳浓度为7%.图7 不同PVA浓度凝胶球挂膜后COD去除率Fig.7 The COD removal rate of gel balls of different PVA concentration表3 不同PVA浓度的复合凝胶球挂膜后微生物活性、玻璃化温度和机械强度Table 3 The microbiological activity, vitrification temperature and mechanical strength of gel balls of different PVA concentration序号PVA浓度/%SA浓度/%耗氧速率/[μgO2·(min·颗)-1]玻璃化温度Tg/℃机械强度151———54.66较差2616.0235.58一般3718.9539.79较好4813.5138.56较好3 结论(1)综合比较凝胶球外形、孔隙结构、强度和活性等因素，采用溶液共混法制备的PVA-SA复合水凝胶球最适宜PVA浓度为7%，SA浓度为1%.(2)试验测得当PVA浓度为7%，SA浓度为1%时，PVA能与硼酸充分交联和SA 形成稳定的互穿网络结构，从而得到热稳定性较好的凝胶球，其比表面积为24.233 m2·g-1，平均孔径为60.895 nm，孔隙分布以大孔和中孔分布为主，微孔所占比例比较小.(3)通过扫描电镜观察到挂膜前的凝胶球空间网络稳定，有丰富的孔隙结构.并且，膜后的凝胶球表面及内部有效富集了大量的微生物，生物活性较好，耗氧速率为8.95 μgO2·(min·颗)-1，COD去除率能达到89%，有利于加快挂膜速度,提高废水处理效率，能够作为一种理想的生物载体.参考文献：[1] 张旭, 李媛, 柏丽梅, 等. 废水处理用聚乙烯生物填料表面改性与表征研究[J]. 环境工程学报, 2010, 4(5): 961-966.[2] 廉哲, 胡安杨, 张毅, 等. 聚乙烯醇/海藻酸钠互穿网络水凝胶结构与性能研究[J]. 高分子通报, 2014(2): 156-161.[3] 门学虎, 李彦锋, 周林成. 聚乙烯醇载体的制备及应用研究进展[J]. 甘肃科学学报, 2004, 16(3): 30-35.[4] 刘蕾, 桂萌, 武瑞赟, 等. LuxS/AI-2型群体感应系统调控细菌生物被膜形成研究进展[J]. 食品科学, 2016,37(19):254-262.[5] TABASSUM S, CHEN G, LI J, et al. Anaerobic ammonium oxidation(ANAMMOX) sludge immobilized by waterborne polyurethane and its nitrogen removal performace-a lab scale study[J]. Royal Society of Chemistry Advances, 2015, 5(32): 25372-25381.[6] 张步宁, 黎新明, 鲁红. 水凝胶-水凝胶复合材料的热分析研究[J]. 广东化工, 2008, 35(6): 37-41.[7] 方洁. 以聚乙烯醇为载体的酸性微球催化剂的制备与表征[D]. 上海: 华东理工大学, 2012.[8] ZHANG W J, WANG D Q, KOGA Y, et al. PVA-gel beads enhance granule formation in a UASB reactor[J]. Bioresource Technology, 2008,99(17):8400-8405.[9] 冯超阳, 崔园园, 康晓梅, 等. PVA-SA复合微球的制备及性能研究[J]. 化学工业与工程, 2010,27(5):381-386.[10] ZHANG Y, HUI B, YE L. Preparation and structure of poly(vinyl alcohol)/polyacrylate elastomer composite hydrogels and their application in wastewater treatment by immobilizing with microorganisms[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2016,55(37):9934-9943.[11] NOCHOS A, DOUROUMIS D, BOUROPOULOS N. In vitro release of bovine serum albumin from alginate/HPMC hydrogel beads[J]. Carbohydrate Polymers, 2008, 74(3): 451-457.[12] 刘贺, 李清华, 袁懿, 等. Fe3+对大豆种皮果胶类多糖凝胶球凝胶特性的影响[J]. 食品科学, 2015,36(13):23-26.[13] 周素红,邹涛.压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度——3：气体吸附法分析微孔(ISO15901-32007)评述[C]∥全国粉体工业技术大会，2007.。
PVA水凝胶的制备及研究综述
PVA水凝胶的制备与研究关键词：PVA水凝胶制备研究表征应用摘要：简要评述了聚乙烯醇水凝胶的制备方法,评述了PV A水凝胶的研究现状与前景展望，详细介绍了本课题传统PV A水凝胶及温敏性凝胶的制备测试方法，总结了凝胶的应用，并展望了未来PV A水凝胶的发展趋势。
高分子凝胶是基础研究以及技术领域的一种重要材料。
凝胶是指溶胀了的高分子聚合物相互联结，形成三维空间网状结构，又在网状结构的空隙中填充了液体介质的分散体系。
近几年，高分子水性凝胶（又被称为水凝胶）的研究获得了极大的重视。
水凝胶是一种网络结构中含有大量水而不溶于水的高分子聚合物，具有良好的柔软性、弹性、储液能力和生物相容性，在生物医学和生物工程中具有广泛的用途。
常见的水凝胶有聚酰胺水凝胶、聚乙烯醇水凝胶、聚N-异丙基丙烯酰胺温敏性水凝胶等。
本课题主要针对于PV A水凝胶。
1 PV A水凝胶的制备PV A水凝胶的制备按照交联的方法可分为化学交联和物理交联。
化学交联又分辐射交联和化学试剂交联两大类。
辐射交联主要利用电子束、γ射线、紫外线等直接辐射PV A溶液，使得PV A分子问通过产生自由基而交联在一起。
化学试剂交联则是采用化学交联剂使得PV A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PV A通过配位络台形成凝胶的重金属盐等等。
物理交联主要是反复冷冻解冻法。
1.1 物理交联法通过物理交联法制备聚乙烯醇水凝胶，报道中最多的是使用“冷冻-熔融法”和“冻结-部分脱水法”两种方法。
反复冻融法是将一定浓度的PV A水溶液在-10~-40℃冷冻1d左右，再在25℃条件下解冻1~3h，即形成物理交联的PV A水凝胶。
将其反复冷冻、解冻几次后，就可以使其一些物理性能和机械性能等有很大的改善。
冷冻使水溶液中的PV A的分子链在某一时刻的运动状态“冻结”下来，接触着的分子链可以发生相互作用及链缠结，通过范德华力和氢键等的物理作用紧密结合，在某一微区不在分开，成为“缠结点”。
聚乙烯醇PVA水凝胶的制备及应用ppt课件
PVA水凝胶的制备方法
3
物理交联法
反复冷冻法 冻结—部分脱水法
化学交联法
化学试剂交联 辐射交联
物理交联法
4
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24 h （可根据不同情况进行调节）, 在室温下解冻 1 h （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。
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。
影响因素：
①PVA分子量 ④解冻条件
物理交联法
8
②PVA浓度 ⑤循环次数
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
16
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
17
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
化学试剂交联
12
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
基于PVA-SA高强度仿生水凝胶的制备及性能研究
基于PVA-SA高强度仿生水凝胶的制备及性能研究
王亚南;仵丹丹;许灿;孙红
【期刊名称】《山东化工》
【年(卷),期】2024(53)2
【摘要】传统的水凝胶存在机械强度低、伸长率有限等问题,高强度水凝胶的创新发展有效扩展了该材料在各种领域的潜在应用,如人造皮肤,机器人等,因此研究高强度水凝胶具有非常重要的意义和价值。
本项目以聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠(SA)为主要原料,采用冷冻-解冻循环方法制备水凝胶,初步探究了PVA-SA水凝胶中原料比例以及冷冻次数及Ca 2+对水凝胶拉伸强度的影响,并对其回弹能力、失水以及溶胀能力进行了相关探究。
【总页数】3页(P57-58)
【作者】王亚南;仵丹丹;许灿;孙红
【作者单位】山东第一医科大学(山东省医学科学院)化学与制药工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ427.26;X703
【相关文献】
1.PVA-SA水凝胶生物载体的制备及其性能研究
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5.基于微流控技术的水凝胶仿生纤维的制备及其性能调控
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壳聚糖与聚乙烯醇磁性水凝胶的制备和性能研究_谢玮玮
(Qc)定义为 :
Qc =(Mt -Md)/Md
(2)
式中 :Mt— 预定时间的水凝胶质量 ;
Md— 干凝胶的质量 。
对水凝胶不同冻融次 数 、不 同组分 配比的 各个样 品采用 拉
伸法测试力学性能 。 将水 凝胶的 一端固 定 , 另 一端施 加不同 的
甲壳素 是 地球 上 仅 次于 纤 维素 的 第二 大 可 再生 资 源 [ 1] 。 壳聚糖是自然界中唯 一的碱性 多糖 , 具有良 好的生 物相容 性和 生物降解性 [ 2] 。 壳聚糖水凝胶 的研究 和报道较 多 , 但由于 壳聚 糖分子间具有较强的 氢键作用 , 使得 壳聚糖 水凝胶 都存在 脆性 大 、力学性能 欠佳的缺 陷 , 限 制了其推广 应用 , 而聚乙烯醇 是水 溶性高分子聚 合物 , 无 毒 , 生物 相容 性好 , 可生 物降 解 [ 3] , 将 聚 乙烯醇与壳聚糖混合 制备聚乙烯醇 -壳聚糖水凝胶 , 可明显 改善 凝胶的力学性能和溶 胀性能等 , 可望 用于稳 定性差 的生物 活性 物质的包覆和作为其载体 [ 4] 。 另外 , 制备聚乙烯醇 -壳聚糖 水凝 胶时 , 加入带异性电荷的聚 阴离 子三聚 磷酸 钠 (TPP)可与 壳聚 糖发生交联反应 [ 5] , 进 一步 改善 水凝 胶的 力学 性能 , 同 时相 比 有些文献中采用戊二 醛作为交 联剂 , 可以减 小戊二 醛引入 的副
34
关键词 :微米 FeO;聚乙烯醇 (PVA);壳聚糖 (CS);磁性水凝胶 ;冻融 34
中图分类 号 :O631.21, TB34 文献标识码 :A 文章编号 :1001 -9456(2009)01 -0047 -04
PreparationandPropertiesofPolyvinylAlcohol(PVA)/Chitosan(CS)Magnet-Hydrogel
有关聚乙烯醇（PVA）复合水凝胶制备，性质，相关定制水凝胶目录
有关聚乙烯醇（PVA）复合水凝胶制备，性质，相关定制水凝胶目录聚乙烯醇(PVA)水凝胶因其具有良好的生物相容性、含水量、和力学性质被视为很有前途的关节软骨修复材料。
但单纯的PVA水凝胶还不能满足临床要求。
通常采用与天然高分子材料复合的方法来改进其性质。
结冷胶(Gellan Gum,缩写GG)是一种由革兰阴性好氧杆菌少动鞘氨醇单胞菌产生的阴离子型线型胞外多糖,有生物相容性好、可降解等优点,但力学性质差。
PVA/GG复合水凝胶的制备和若干物理化学性质,以期改进水凝胶的性质。
采用循环冷冻一解冻物理交联法制备PVA/GG复合水凝胶。
为提高其力学性质,引入Ca2+,使凝胶更好的交联,标记为PVA/GG-Ca2+复合水凝胶。
用振荡流变仪考察比较了PVA,PVA/GG和PVA/GG-Ca2+水凝胶的储存模量G,。
结果显示:PVA/GG复合水凝胶的G,在50000-60000,大于PVA;当引入Ca2+后,PVA/2%GG-Ca2+复合水凝胶的G,更大140000,是纯PVA水凝胶的3倍多。
表明Ca2+的引入显著提高了复合水凝胶的强度和韧性。
而且G,随结冷胶含量的增加而显著增大。
供应产品目录：高强度/pH敏感性氧化石墨烯纳米复合双网络水凝胶天然聚多糖/纳米TiO2复合水凝胶超高强度纳米复合双网络高分子水凝胶高机械性能的纳米木质素杂化双网络复合水凝胶纳米纤维素-聚合物复合水凝胶粘土基纳米银复合水凝胶带负电的大分子纳米微球复合水凝胶锂皂石增强的聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸三嵌段共聚物纳米立构复合水凝胶碳纳米点复合疏水缔合水凝胶双甲基丙烯酰胺/粘土纳米颗粒复合水凝胶聚乙烯醇接枝聚丙烯酸/纳米二氧化硅复合水凝胶PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇原位复合水凝胶高分子-纳米二硫化钼片复合水凝胶氮化碳纳米片-丙烯酰胺复合水凝胶高强度双网络纳米二氧化硅复合水凝胶石墨烯基纳米复合材料水凝胶生物质与聚吡咯及碳纳米球复合水凝胶石墨烯/石墨烯纳米带复合水凝胶壳聚糖/葡聚糖/纳米羟基磷灰石复合水凝胶光驱动氧化石墨烯基纳米复合梯度水凝胶具羧基和羟基且负载纳米水合氧化锆复合水凝胶羧甲基壳聚糖(CMC)水凝胶可逆壳聚糖水凝胶定制壳聚糖温敏水凝胶定制聚乙二醇和可降解聚酯组成的嵌段聚合物水凝胶定制hBDNF-rMSCs+RADA16水凝胶两亲性寡聚多肽类水凝胶定制钙粘蛋白多肽修饰的透明质酸水凝胶定制间充质干细胞亲和多肽修饰壳聚糖水凝胶定制多肽水凝胶修饰纳米羟基磷灰石/胶原定制酰亚胺修饰的多臂PEG偶联形成杂化水凝胶多肽-聚乙二醇(PEG)杂化水凝胶纳米纤维水凝胶定制神经生长因子(NGF)多肽水凝胶yyp2021.2.25。
磁性pH响应型纤维素水凝胶的制备及载药研究
磁性pH响应型纤维素水凝胶的制备及载药研究柳晓艳;周艺峰;聂王焰;陈鹏鹏【摘要】利用沉淀聚合和原位共沉淀法制得四氧化三铁负载的聚(羟丙基纤维素丙烯酸酯-co-丙烯酸)(P(HPCA-co-AA)@Fe3O4)水凝胶.研究了羟基(-OH)与丙烯酰氯(AC)的摩尔比和反应时间对羟丙基纤维素(HPC)的乙酰基修饰度的影响,通过FT-IR、1 H-NMR等对产物进行了表征.以水杨酸钠为模型药物,研究了水凝胶在不同pH环境下对药物的可控释放行为.结果表明,水凝胶具有良好的pH响应性,在碱性环境下的溶胀行为使药物释放量明显大于酸性环境下.【期刊名称】《安徽大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(039)006【总页数】7页(P73-79)【关键词】磁性;pH响应性;纤维素;水凝胶;药物载体【作者】柳晓艳;周艺峰;聂王焰;陈鹏鹏【作者单位】安徽大学化学化工学院,绿色高分子材料安徽省重点实验室,安徽合肥230601;安徽大学化学化工学院,绿色高分子材料安徽省重点实验室,安徽合肥230601;安徽大学化学化工学院,绿色高分子材料安徽省重点实验室,安徽合肥230601;安徽大学化学化工学院,绿色高分子材料安徽省重点实验室,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】O648.17水凝胶是一种通过物理或者化学交联而形成的三维网状高分子材料，在水中只溶胀不溶解［1］，广泛应用于食品、农业、生物材料、水处理、组织工程、隐形眼镜等多个领域［2］.水凝胶分为天然高分子水凝胶和合成高分子水凝胶，天然高分子因其来源广、价格低、良好的生物相容性和生物降解性等优点，逐渐引起人们的关注［3－5］.纤维素是自然界中来源最广泛的一类多糖高分子物质，可通过化学交联或者物理交联形成水凝胶.肖惠宁［6］等以微晶纤维素为原料制备出纤维素基导电水凝胶；陈莉［7－8］等以羟丙基纤维素为原料成功制得纤维素基水凝胶，并对其药物控释行为进行研究.刺激响应性水凝胶是指对温度、pH、光、电场、磁场等外界刺激产生体积、折光指数、含水量、软硬度等物理化学性能变化的一类智能水凝胶［9－10］.作者通过羟丙基纤维素（HPC）与丙烯酰氯（AC）的酯化反应制得可聚合的大单体羟丙基纤维素丙烯酸酯（HPCA），借助于沉淀聚合和原位共沉淀法制备磁性pH响应型四氧化三铁负载的聚（羟丙基纤维素丙烯酸酯－co－丙烯酸）（P（HPCA－co－AA）＠Fe3O4）水凝胶，并进一步研究水凝胶在不同pH条件下对药物的可控释放行为.1 实验部分1.1 实验原料羟丙基纤维素（HPC），Mw＝100 000，分析纯，阿法埃莎化学有限公司；丙烯酰氯（AC），96%，阿拉丁试剂有限公司；4－甲氧基酚，化学纯，国药集团化学试剂有限公司；二氯甲烷（CH2Cl2），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；三乙胺（TEA），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；丙烯酸（AA），化学纯，国药集团化学试剂有限公司；过硫酸钾（KPS），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；四甲基乙二胺（TEMED），生化纯，国药集团化学试剂有限公司；六水合三氯化铁（FeCl3·6H2O），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；四水合二氯化铁（FeCl2·4H2O），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；氨水（NH3·H2O），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；水杨酸钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；透析袋，Biosharp，截留分子量：14 000.1.2 实验过程1.2.1 HPCA的制备通过HPC与AC的酯化反应制得HPCA，实验配方如表1所示.0.2g HPC加入20mL H2Cl2中，搅拌使其溶解，溶解完全后加入42mg对羟基苯甲醚和212μL TEA，反应烧瓶置于冰水浴中，向反应瓶中逐滴滴加10mL含有丙烯酰氯的CH2Cl2溶液，待其滴加完毕后继续冰水浴搅拌1h，随后逐渐升温至25℃反应24h.反应结束后，反应液倒入装有300mL乙醚的烧杯中，剧烈搅拌，有白色黏稠物不断析出，抽滤得到固体产物，真空干燥除去残留的溶剂和乙醚.产物溶解在水中并透析纯化48h，真空干燥得到纯化产物.表1 制备HPCA的配方表Tab.1 The recipe for the preparation of HPCA组号羟丙基纤维素／g丙烯酰氯／μL对羟基苯甲醚／mg 胺／μL 二氯甲烷／mL 羟基与丙烯三乙酰氯摩尔比1 0.2 61 42 212 30 2∶1 2 0.2 146 42 212 30 1∶1.2 3 0.2 183 42 212 30 1∶1.5 4 0.2 244 42 212 30 1∶21.2.2 P（HPCA－co－AA）水凝胶的制备采用沉淀聚合制备水凝胶.0.24g HPCA溶于50mL水中，搅拌使其完全溶解，水浴升温至50℃，通入氮气20min，分别加入157μL AA、20mg KPS和20μL TEMED，持续搅拌反应24h，反应结束后冷至室温，12 000r·min－1离心产物，弃去上清液，下层固体产物用水反复洗涤几次，真空干燥得到水凝胶固体.1.2.3 P（HPCA－co－AA）＠ Fe3O4 的制备采用原位共沉淀法制备Fe3O4.将0.3g P（HPCA－co－AA）在搅拌下分散在40mL 水中，0.15g FeCl3·6H2O和0.14g FeCl2·4H2O加入5mL水中并超声5min，FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O混合液加入水凝胶分散液中，持续搅拌8h 后，通入氮气并将5mL NH3·H2O逐滴滴加到反应瓶中反应2h.反应结束后，离心并弃去上层液，下层固体产物用0.3mol·L－1的NH3·H2O溶液离心洗涤3次后置于真空干燥箱烘干.1.2.4 P（HPCA－co－AA）＠Fe3O4对水杨酸钠载药及pH响应性释放行为的研究P（HPCA－co－AA）＠Fe3O4分散在5mol·L－1的水杨酸钠水溶液中，25℃ 搅拌24h后将产物离心出来，并用水离心洗涤3次，真空干燥.分别取10mg的载药产品分散在20mL的pH＝1.2的人工胃液和pH＝7.4的人工肠液中，37℃下搅拌，每隔一定时间分别取出0.5mL上层液，并补充进去0.5mL对应的人工胃液和人工肠液，上层液经12 000r·min－1离心弃去沉淀，用紫外－可见分光光度计测其在295nm处的吸光度.1.3 产物表征1.3.1 傅里叶红外光谱（FT－IR）表征布鲁克VERTEX80＋HYPER10N2000型傅里叶红外光谱仪测定红外谱图，HPC 和HPCA分别溶于二氯甲烷中，样品溶液滴涂在空白的KBr片上，待二氯甲烷挥发完，进行测试；P（HPCA－co－AA）、Fe3O4和P（HPCA－co－AA）＠Fe3O4样品直接与KBr混合研磨，待研磨均匀后进行压片，样品片烘干后进行测试.1.3.2 核磁共振氢谱（1 H－NMR）表征布鲁克AV 400型全数字化核磁共振谱仪测定样品的核磁共振氢谱，样品溶解在氘代氯仿（CDCl3）中进行测试.2 结果与讨论2.1 HPC的羟基（—OH）与AC摩尔比的影响图1～2分别为HPC及不同—OH与AC摩尔比制备的HPCA的红外光谱图和核磁共振氢谱图.图1 HPC及不同的—OH与AC的摩尔比制备HPCA的红外光谱图Fig.1 FT－IR spectra of HPC and HPCA with different mole ratios of—OH／AC1：HPC；2：HPCA，2∶1； 3：HPCA，1∶1.2； 4：HPCA，1∶1.5； 5：HPCA，1∶2图1中谱线1为HPC的红外光谱，3 424cm－1处的特征峰为HPC结构单元中—OH的伸缩振动吸收峰，2 965、2 924、2 876cm－1为C—H键伸缩振动吸收峰，1 460cm－1处为C—H的不对称变形振动吸收峰，1 375cm－1处为—CH3的对称变形振动.此外，1 080、1 120、1 275cm－1处为C—O—C的振动吸收峰.图1中的谱线2～5分别为不同的—OH与AC的摩尔比（2∶1、1∶1.2、1∶1.5和1∶2）所制得的HPCA红外谱线，除了具有谱线1的特征吸收峰外，在1 720cm－1处产生1个明显的COOR特征吸收峰，说明HPC与AC成功通过酯化反应制得HPCA.图2 HPC及不同的—OH与AC的摩尔比制备HPCA的核磁共振谱图（左）和部分放大图（右）Fig.2 1 H－NMR spectra of HPC and HPCA with different mole ratios of—OH／AC（left）and local magnification（right）1：HPC；2：HPCA，2∶1； 3：HPCA，1∶1.2； 4：HPCA，1∶1.5； 5：HPCA，1∶2图2中的曲线1为 HPC的1 H－NMR谱，a（δ＝1.1和1.2）为—CH3 的化学位移，b、c（δ＝3.1～4.4）为—CH2和—CH的化学位移.图2中的曲线2～5分别为不同的—OH与AC的摩尔比（2∶1、1∶1.2、1∶1.5和2∶1）所制得的HPCA 的1 H－NMR谱，除了具有曲线1的特征化学位移，a’（δ＝1.4）为HPCA中与酯基C—O键连在同一C上的—CH3的化学位移，d（δ＝6.1）处为CH2＝CH（1H）的化学位移，e（δ＝5.8，6.4）处为CH2＝CH（2H）的化学位移，a’、d和e处的化学位移表明羰基及双键成功引入HPCA中.AC对HPC的修饰度可通过公式（1）计算其中：f为AC对 HPC的修饰度，Id、Ib，c、Ia 和Ia’分别为在δ＝6.1，δ＝3.1～4.4，δ＝1.1和1.2，δ＝1.4处化学位移的积分面积.Ib，c对应于葡萄糖单元（5—CH＋1—CH2）和羟丙基取代物（1—CH＋1—CH2）所有的—CH和—CH2，由于每个羟丙基取代物由一个—CH，一个—CH2和一个—CH3组成，—CH3的化学位移在δ＝1.1，1.2，1.4，因此，Ib，c－（Ia＋Ia’）对应葡萄糖单元（5—CH＋1—CH2）的7个质子［11］.由公式（1）计算所得：f2＝9%，f3＝19%，f4＝23%，f5＝25%.由此可知，随着 HPC的—OH 与AC摩尔比的减小，f不断增大；当两者的摩尔比小于1∶1.2时，f趋于稳定.这是由于随着AC含量的增加，溶液中的反应物增多，提高了反应转化率；当AC的量增加到一定值时，反应达到平衡，从而导致f 趋于稳定［12］.2.2 反应时间的影响图3分别为HPC及不同反应时间的HPCA的核磁共振氢谱图.图3 HPC及不同反应时间的HPCA的1 H－NMRFig.3 1 H－NMR spectra of HPC and HPCA with different reaction time1：HPC；2：HPCA，24h；3：HPCA，36h；4：HPCA，48h图3中的曲线1为HPC的1 H－NMR谱，曲线2～4分别为反应24h、36h和48h（—OH与AC的摩尔比均为1∶1.2）的HPCA的1 H－NMR谱图.HPCA的1 H－NMR谱，除了具有曲线1的特征吸收峰外，在a’、d和e处的化学位移说明成功制得理想产物.由公式（1）可知：f2＝19.4%，f3＝30%，f4＝33%.由此可知，随着反应时间的增加，f逐渐增大，当反应时间大于36h后，反应趋于平衡.这是由于反应过程中，有三乙胺盐酸盐生成，延长反应时间会提高原料的转化率，当达到一定反应时间，反应趋于平衡，f 趋于稳定［13］.2.3 P（HPCA－co－AA）＠ Fe3O4 水凝胶的表征分析图4为P（HPCA－co－AA）、Fe3O4 及P（HPCA－co－AA）＠Fe3O4 的红外谱图.图4 Fe3O4（1）、P（HPCA－co－AA）（2）及P（HPCA－co－AA）＠Fe3O4（3）的红外谱图Fig.4 FT－IR spectra of Fe3O4（1），P（HPCA－co－AA）（2）and P（HPCA－co－AA）＠ Fe3O4（3）图4中谱线1为Fe3O4的红外光谱，在580cm－1处为Fe—O的伸缩振动吸收峰.谱线2为P（HPCA－co－AA）的红外光谱，3 424cm－1处的特征峰为—OH 的伸缩振动吸收峰，2 965、2 924、2 876 cm－1为C—H键伸缩振动吸收峰，1 730cm－1为—C＝O的特征吸收峰，1 460cm－1处为C—H的不对称变形振动吸收峰，1 375cm－1处为—CH3的对称变形振动吸收峰，由此可见该样品是P（HPCA－co－AA）.谱线3为P（HPCA－co－AA）＠Fe3O4的红外光谱，谱线1和2的特征吸收峰均出现在谱线3的谱图中，说明Fe3O4成功负载在P （HPCA－co－AA）水凝胶上.图5为P（HPCA－co－AA）和P（HPCA－co－AA）＠ Fe3O4 的TEM 照片.图5 P（HPCA－co－AA）（a）和P（HPCA－co－AA）＠ Fe3O4（b）的TEM 照片Fig.5 TEM images of P（HPCA－co－AA）（a）and P（HPCA－co －AA）＠ Fe3O4（b）由图5可知，P（HPCA－co－AA）水凝胶（a）呈不规则状；P（HPCA－co－AA）＠ Fe3O4（b）中Fe3O4 粒子均匀负载在水凝胶表面，为P（HPCA－co－AA）＠Fe3O4水凝胶良好的磁靶向性提供了保障.图6为P（HPCA－co－AA）＠Fe3O4分散液和在外加磁场下的分离照片.图6 P（HPCA－co－AA）＠ Fe3O4 悬浮液（a）和在外磁场分离照片（b）Fig.6 Photographs of P（HPCA－co－AA）＠ Fe3O4suspensions（a）with a magnetic field（b）由图6可知，P（HPCA－co－AA）＠Fe3O4稳定分散在水中（图6a），当有外界磁场存在时，磁性水凝胶被吸附在靠近磁铁的瓶壁上（图6b），这说明P （HPCA－co－AA）＠Fe3O4具有良好的磁靶向性.2.4 P（HPCA－co－AA）＠ Fe3O4 对水杨酸钠的pH响应性释放图7为不同pH下水凝胶对水杨酸钠的累积释放图.图7 不同pH下水凝胶对水杨酸钠的累积释放量Fig.7 Accumulative sodium salicylate release from the hydrogel at different pH values由图7可知，P（HPCA－co－AA）＠Fe3O4水凝胶对水杨酸钠的释放具有pH依赖性，药物在人工胃液的释放量比在人工肠液的释放量小.这是由于pH＝1.2时，水凝胶中的羧基被质子化，水凝胶疏水收缩；当pH＝7.4时，水凝胶中以阴离子存在的羧基增多，静电斥力作用使得水凝胶溶胀，所以水凝胶在pH＝1.2时的释药量比在pH＝7.4时小［14］.3 结束语作者通过酯化反应制得可聚合的大单体HPCA，通过沉淀聚合和原位共沉淀法制得磁性pH响应型P（HPCA－co－AA）＠Fe3O4水凝胶.以水杨酸钠为模型药物，分别测定了载药水凝胶在pH＝1.2的人工胃液和pH＝7.4的人工肠液的药物释放量.实验数据表明载药水凝胶在人工胃液的释药量明显比在人工肠液中少.因此，该磁性pH响应型水凝胶在智能载药材料方面存在潜在应用价值.参考文献：［1］胡剑灿，张俊钊，肖敏，等.纤维素基水凝胶的制备及性能研究［J］.广东化工，2014，41（19）：54－57.［2］Chang C Y，Zhang L N.Cellulose－based hydrogels：present status and application prospects［J］.Carbohydrate Polymers，2011，84（1）：40－53.［3］景占鑫，孙晓锋，王海洪，等.环境敏感型纤维素水凝胶及其在药物控释方面的应用［J］.材料导报，2012，26（4）：83－88.［4］杨伟平，张海龙，卢敏，等.丝素蛋白／聚氨酯两性水凝胶的制备及性能研究［J］.安徽大学学报：自然科学版，2012，36（2）：74－81.［5］高春梅，柳明珠，吕少瑜，等.海藻酸钠水凝胶的制备及其在药物释放中的应用［J］.化学进展，2013，25（6）：1012－1022.［6］梁祥涛，瞿冰，肖惠宁，等.纤维素基导电水凝胶的合成及其结构性能表征［J］.功能材料，2014，45（8）：8134－8138.［7］Bai Y Y，Zhang Z，Zhang A P，et al.Novel thermo－and pH－responsive hydroxypropylcellulose－and poly（L－glutamic acid）－based microgels for oral insulin controlled release［J］.Carbohydrate Polymers，2012，89（4）：1207－1214.［8］Zhang Z，Chen L，Zhao C W，et al.Thermo－and pH－responsive HPC－g－AA／AA hydrogels for controlled drug delivery applications ［J］.Polymer，2011，52（3）：676－682.［9］李亚婧，孙晓锋，叶青，等.新型半纤维素基磁性水凝胶的制备及性能［J］.物理化学学报，2014，30（1）：111－120.［10］刘柏辰，孙晓锋，景占鑫，等.磁性半纤维素接枝聚丙烯酰胺凝胶对亚甲基蓝的吸附研究［J］.水处理技术，2013，39（5）：13－17，22.［11］白云艳.基于羟丙基纤维素的智能性微凝胶的合成及其口服胰岛素的控制释放［D］.长春：东北师范大学化学化工学院，2012.［12］钱华，刘大斌，叶志文.丙烯酰化Span80的合成及在乳化炸药中的应用［J］.火炸药学报，2009，32（2）：11－13，20.［13］侯学振.几种丙烯酸酯的合成及其对假酱油中胱氨酸的检测研究［D］.长沙：中南大学化学化工学院，2012.［14］卫福苗，毕红，宋梦梦.反相微乳液制备pH响应型纳米水凝胶及其作为药物载体的研究［J］.安徽大学学报：自然科学版，2011，35（6）：80－86.。
PVA水凝胶的性能及应用研究的开题报告
PVA/PEO水凝胶和PAAS/PVA水凝胶的性能及应用研究的开题报告一、研究背景水凝胶作为一种重要的功能材料，在生物医药、环境保护、纺织、食品加工等多个领域都有着广泛的应用。
其中PVA/PEO水凝胶和PAAS/PVA水凝胶是两种常见的水凝胶材料，具有很好的特性和性能，因此被广泛应用于吸附、净化、传感和药物释放等方面。
二、研究内容本次研究将围绕着PVA/PEO水凝胶和PAAS/PVA水凝胶的性质、结构、制备方法和应用展开深入的研究。
主要内容包括：1. PVA/PEO水凝胶的性能研究：通过测试其吸水性、弹性、稳定性等性能指标，探究其物理化学特性；2. PAAS/PVA水凝胶的性能研究：利用FTIR、XRD等分析手段研究其结构、形貌和力学性能，探究其特点和潜在应用领域；3. 材料制备技术对水凝胶性能的影响研究：通过变换制备条件，比较PVA/PEO和PAAS/PVA水凝胶在不同制备条件下的结构和性能差异，探究制备工艺对材料性能的影响；4. 应用研究：以PVA/PEO水凝胶和PAAS/PVA水凝胶为基础，探索其在环境污染治理、生物医药、传感与控释等领域的应用潜力。
三、研究意义PVA/PEO水凝胶和PAAS/PVA水凝胶作为具有多种功能的材料，有着很广阔的应用前景。
通过深入研究其性能和制备方法，可以提高其性能表现和制备技术，丰富其应用领域，同时也可以对其他水凝胶材料的研究提供借鉴和启发。
四、研究方法本次研究将采用实验室常规测试方法，包括吸水性测试、弹性测试、力学性能测试，FTIR、XRD等多种材料分析技术。
五、研究进度计划第一年：完成水凝胶材料的制备和基础性能测试；第二年：深入研究水凝胶材料的特性和制备技术；第三年：探索水凝胶材料的应用前景和潜力。
六、论文提纲第一章绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状1.3 研究目标和内容第二章 PVA/PEO水凝胶的性能研究2.1 PVA/PEO水凝胶的制备方法2.2 PVA/PEO水凝胶的物理化学性质2.3 不同制备条件下的性能比较分析第三章 PAAS/PVA水凝胶的性能研究3.1 PAAS/PVA水凝胶的制备方法3.2 PAAS/PVA水凝胶的结构和形貌分析3.3 PAAS/PVA水凝胶的力学性能测试第四章材料应用研究4.1 PVA/PEO水凝胶在环境污染治理中的应用4.2 PAAS/PVA水凝胶在生物医药中的应用4.3 PVA/PEO水凝胶和PAAS/PVA水凝胶的传感与控释应用第五章结论与展望5.1 研究结论5.2 研究展望和未来工作参考文献。
PVA复合生物水凝胶的制备及性能研究的开题报告
HA/CS/PVA复合生物水凝胶的制备及性能研究的开题报告一、研究背景随着生物医学技术的不断发展，生物水凝胶成为了生物诊断、治疗及组织工程等领域中常用的材料，具有高度的生物相容性和缓释能力。
其中，HA（透明质酸）和CS （壳聚糖）属于重要的生物高分子材料，分别具有良好的保湿性和黏附性。
PVA（聚乙烯醇）作为一种可水解的合成高分子，可以被应用于药物控制释放及组织工程材料的制备中。
因此，HA/CS/PVA复合生物水凝胶的制备及性能研究具有重要科学意义。
二、研究目的1.制备HA/CS/PVA复合生物水凝胶；2.考察不同配比下HA/CS/PVA复合生物水凝胶的物理性质、化学性质及生物相容性；3.研究HA/CS/PVA复合生物水凝胶的药物缓释行为；三、研究内容及方法1.材料HA、CS、PVA、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、过氧化氢（H2O2）、铜离子（Cu2+）、3-(4,5-二甲基-2-噻唑)-2,5-二苯基四氮唑（MTT）、结晶紫（CV）。
2.制备HA/CS/PVA复合生物水凝胶首先，将HA和CS分别溶于去离子水中，再将PVA溶于HA/CS溶液中，均匀搅拌并加入MMA、H2O2、Cu2+等反应剂，调整pH值至5.5左右，反应2小时后，用CV染色法检测脱水性和柔性。
3.HA/CS/PVA复合生物水凝胶的物理性质、化学性质及生物相容性测试采用扫描电子显微镜观察凝胶形态及孔隙度，利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）检测凝胶表面吸附物质的种类和含量，MTT法检测细胞活力。
4.研究HA/CS/PVA复合生物水凝胶的药物缓释行为将不同药物溶于水，加入HA/CS/PVA复合生物水凝胶中，分别采用紫外分光光度计、高效液相色谱（HPLC）等方法检测药物缓释速率及释放量。
四、研究意义HA/CS/PVA复合生物水凝胶不仅具有良好的物理化学特性和生物相容性，且具有优异的药物缓释能力。
该研究可为构建高效的生物工程材料、开发新型的药物缓释系统提供理论及实验依据。
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2011 年增刊 ( 42) 卷
P V A / 明胶/ Fe3 O 4 磁敏感性水凝胶的制备及性能研究*
张书第1, 2 , 翟玉春2, 张振芳3, 4
( 1. 沈阳理工大学 环境与化学工程学院, 辽宁 沈阳 110159; 2. 东北大学 材料与冶金学院, 辽宁 沈阳 110819; 3. 沈阳理工大学 生物材料研究所, 辽宁 沈阳 110159; 4. 美国密歇根急救中心, PV A / 明胶水凝胶脱水率与 时间的关系
Fig 3 Relat ionship bet w een loss rate of w at er and t ime of dif f erent co nt ent Fe3O 4/ PV A / gelat in hydrog els
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而后基本 达到 溶胀 平衡。 但加入 明胶 后, 脱水 率在 50m in 前 脱水速度相对较慢, 同 样, 溶胀度在 120min 前溶胀的速度相对要慢, 但都是随着磁性粒子含量的 升高而降低。在图 3 中, 脱水率随着磁性粒子含量的 增大而降低, 含 1% F e3 O4 的水凝胶膜脱水率相对较 快, 脱水率能达到 85% 以上, 在图 4 中, 1. 5% F e3 O4 / PVA/ 明胶的溶胀度 > 600% 。说 明水凝胶 在加入明 胶后其脱 水率和溶 胀度 都有所 增加[ 13] , 凝胶 弹性较 好, 相容性相对较好。 3. 3 PVA/ 明胶水凝胶磁特性曲线的分析
3 结果与讨论
3. 1 PV A / F e3 O 4 / 明胶水凝胶的力学性能 PV A / Fe3 O 4 水凝胶在 F e3 O4 含量不同 时, 加入
明胶前后( 其中 P V A 与明胶的比例取 9 1[ 12] , 未加明 胶的水凝胶测试结果见参考文献[ 13] , 以下同) 的抗拉 强度及断裂伸长率见图 1 和 2。
SR t = ( m0 - mt) / ( m0 - md) 式中, mt 为凝胶在 酒精中不 同时间脱 水后的质 量, m0 为初始质量, md 为干凝胶的质量。 不同时间的溶胀率( SR) 公式为:
SR = ( mt - md) / md 式中, mt 为凝胶在水中不同时间溶胀后的质量, md 为干凝胶的质量。 2. 4 水凝胶膜磁性能的测试 将达到溶胀平衡的水凝胶在 2. 39 105A / m 的磁
图 5 为 Fe3 O 4 含量为 1. 5% 时, PV A / F e3 O4 湿凝 胶在加入明胶前后的磁滞回线对比图。
由图 5 可知, Fe3O 4/ P V A / 明胶水凝胶的磁滞回 线所包围的面积较小[ 14] , 说明加入明胶后, PV A 与明 胶进行交联, 形成的水凝胶对外做功较少, 损耗在水凝 胶内部的能量小, 产生的热量较少, 水凝胶的磁响应性 降低, 说明在交联过程中, 增大了水凝胶的力学性能。
摘 要: 采用物理交联的方法制备了聚乙烯醇
( PV A ) / 明胶/ F e3 O 4 磁敏感性水凝胶。对 Fe3 O 4 磁敏
感性水凝胶在加入明胶前后的力学性能及溶胀性能进
行了对比分析, 利用 SEM、IR 等对水凝胶 进行表征,
采用振动样品磁强计测试了其磁敏感性。结果表明,
PV A / F e3 O4 磁敏感性水凝胶加入明胶后, 其力学性能
* 收到 初稿日期: 2010 11 19
收到修改稿日期: 2011 03 04
通讯作者: 张书第
作者 简介: 张书第 ( 1975- ) , 女, 吉林伊通人, 讲师 , 在读博士, 师承翟玉春教授, 主要从事高分子材料、电池材料研究。
张书第 等: P VA / 明胶/ F e3 O 4 磁敏感性水凝胶的制备及性能研究
2实验
2. 1 PV A / 明胶/ F e3 O 4 水凝胶的制备 将一定质 量聚 乙烯 醇( P VA, 聚合 度 为( 1750
50) , 醇解度 99% ) 放入三口烧瓶中, 在 95 温度下, 以 150r/ min 速率加水 搅拌 1. 5h, 将 Fe3O 4 粉 末溶入水 中, 用 KQ 20B 型超声分散机进 行分散直至 均匀, 待 PVA 全部溶解后, 加入浸泡好的明胶( 纯度 99% ) , 搅 拌 1h 后加入一定量 F e3O 4 粉末( 平均粒径 100nm) , 待三者完全混合均匀后再加入交联剂戊二醛, 并在高 速下搅拌 0. 5h, 然后降温进行脱泡处理, 得到水凝胶。 将混合凝胶倒入 100mm 200m m 方形铝 板上, 流延 成膜, 挤压并 密封好, 放入 T H D 2015 型低 温恒温槽 ( 控温精度 0. 02 , 介 质为 95% 乙醇) 内, 进行反复 冷冻 解冻循环操作 6 次后, 得到水凝胶膜。用装有蒸 馏水的密封袋密封好, 放入冰箱里保存。 2. 2 水凝胶力学性能的测试
列, 并且纳米级铁磁性物质的加入对凝胶的某些性能 影响很小[ 4] 。明胶是一种从动物的结缔或表皮组织中
的胶原部分水解出来的蛋白质, 来源丰富。它具有许 多优良的物 理及化学性质, 如形成 可逆性凝胶、黏结 性、表面活性等, 还具有良好的生物亲和性和可降解性 等, 在聚乙烯醇水凝胶中加入明胶, 能大大地提高水凝 胶的力学性能而广泛用于医学领域 [ 5] 。
用称重法测量水凝胶的脱水率和溶胀率, 取力学 性能较好的不同含量的凝胶试样, 每个含量分别取 3 个小样进行测试并计算其平均值。在室温下将凝胶试 样放到酒精中达到溶胀平衡后, 小心取出用滤纸吸干, 快速放到 F A2004A 型万用电子天平( 精度 0. 1mg ) 上 称重, 在 400min 内, 分 别 在 不 同 的 时 间 测 定 其 质 量[ 11] 。脱水率由下式计算:
场强度下达到饱和, 测量其磁滞回线。 2. 5 水凝胶膜的表征
将水凝胶膜在室温下干燥 24h 后, 放 入 H N101 1A 型数显电热鼓风干燥箱中, 在 50 的温度下干燥 至恒重, 在液氮中折断, 表面喷金, 利用日本岛津公司 XXS 550 型扫描电子显微镜 ( SEM ) 对 其断面形态进 行观 察 ( 施加 电 压 为 15. 0kV, 二 级 电 子 成像 ) 。用 WQF 410 型傅立叶变换红外光谱仪测量水凝胶的 IR 图谱, 扫描范围为 32 次, 分辨率为 4cm- 1 。
将水凝胶膜取 3 个不同位置裁减 成长 50mm , 宽 10m m 的哑铃型试样, 用 RGT 10 型微机控制电子万 能试验机, 按国标 GB/ T 52821998 测定试样的拉伸强 度和断裂伸长率( 拉伸速率: 20m m/ m in) , 测试试样在 标准温度和湿度下调节> 3h, 测试时间与解冻时间间 隔> 16h 。 2. 3 水凝胶溶胀性能的测试
adding t he g elat in 如图 1 和 2 所示, 加入明胶后, 水凝胶力学性能比 未加明胶时有显著提高, 由图 1 中可知, F e3O4 的含量 在 0. 5% ~ 2% 之间时, PVA / 明胶水凝胶具有较好的 抗拉强度, 在 1. 5% 时, 抗拉强度达到最佳。由图 2 可 见, 当 F e3 O4 含量不同时的 PV A / 明胶/ 水凝胶的断裂 伸长率 随着 F e3 O4 磁 性粒 子含量 的增加 而降低, 且 Fe3O4/ PVA/ 明胶水 凝胶的断 裂伸长 率较高。说明
图 2 F e3 O4 / PV A 水凝胶加入明胶前 后断裂伸长率 的对比图
Fig 2 Compar ison of f ract ure elongatio n o f / PVA hy drog els F e3 O4 / PV A hy drog els bef ore and aft er
胶; 力学性能; 溶胀性能; 磁敏感性
中图分类号: T Q317
文献标识码: A
文章编号: 1001 9731( 2011) 增刊 0370 04
1引言
近些年来水凝胶发展迅速, 越来越受到人们的青 睐。但其冲击强度低, 应力下易断裂, 所以提高聚合物 凝胶的力学性能尤为重要[ 1, 2] 。聚乙烯醇( PV A ) 水凝 胶具有低毒性、良好的弹性和成膜性能[ 3] , 尤其具有较 高的力学性能, 在生物医学和工业方面应用广泛。将 纳米级的铁性物质或亚铁性物质填入一些聚合物中, 制成复合 凝胶。这类凝 胶能在磁场作 用下作定向排
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Fe3O 4/ P V A / 明胶水凝胶 的弹性和 韧性较好。其中, Fe3O 4/ P V A / 明胶水 凝胶 的 抗拉 强度 的提 高幅 度较 大, 断裂伸长率在未加明胶前, 变化无规则, 但加入明 胶后, 断裂伸长率随着 磁性粒子含量的增加而降低。 说明加入明胶后, PVA 和明胶都具有粘结性, 两者溶 解后, 迅速互溶, 所以抗拉强度和断裂伸长率除了和物 质本身的性质有关外, 还和物质间发生交联的温度、搅 拌速度的控制及冷冻 解冻的周期等有关。
目前, 制备水凝胶主要有物理交联、化学交联和辐 射交联 3 种方法。但化学交联法反应后残余的化学成 分限制了 P V A 水凝胶在生物医学中的应用[ 6, 7] ; 辐射 交联法是在短时间内利用 X 射线、 射线等快速交联 形成水凝胶, 使得水凝胶的力学性能较低, 还有射线本 身就是致癌的, 所以应用受到一定的限 制[ 8 10] 。本文 采用冷冻 解冻循环的物理交联方法, 制备了聚乙烯醇 ( PV A ) / 明胶/ F e3O 4 磁敏感性水凝胶, 并测试了其力 学性能、溶胀性能、磁敏感性, 对其结构进行表征等。
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Fe3 O 4 相则被 束缚 在连续的 PV A 网络中形成分散 相。由于明胶和聚乙烯醇都为大分子物质, 相畴尺寸 较大, 水凝胶中还加入了纳米级的粉体, 可见在三相之 间没有明显的界面, 说明制备好的水凝胶液在冷冻 解 冻循环过程中很少有相分离现象发生, 磁性粒子与明 胶及 P VA 相之间相容性较好。 3. 5 PVA/ 明胶水凝胶红外分析