PVA_PAAIPN水凝胶的制备及其溶胀性质研究
聚乙烯醇水凝胶的制备方法
1 单体的交联聚合这是指在交联剂存在的情况下,由化学引发剂或辐射技术引发的单体经自由基均聚或共聚而制得高分子水凝胶材料的方法。
在聚合反应过程中可以通过加入或改变引发剂、螯合剂、链转移剂等来控制聚合动力学,以及所得高分子水凝胶材料的性质。
1.1化学引发剂引发的单体交联聚合。
这是制备高分子水凝胶材料的传统方法。
常用的化学引发剂有1)热不稳定的过氧化物；(2)氧化还原体系,氧化剂如过硫酸铵或过氧化氢,还原剂有亚铁盐、焦亚硫酸钠或四甲基乙二胺(TEMED)、过硫酸钾等。
1.2辐射技术引发的单体交联聚合常用的辐射技术的辐射源有60钴、137铈、紫外照射和电子加速器[6]。
以及60Co-γ射线或电子静电加速器为辐射源合成水凝胶[7]。
2接枝共聚法这是指由α-烯烃类单体在天然高分子(如淀粉、纤维素等)及其衍生物共价地连接而制取高分子水凝胶材料的方法。
在载体表面上产生自由基是最为有效的制备接枝水凝胶的技术。
自由基引发接枝共聚是最主要的接枝共聚方法,常见的引发剂有硝酸铈铵和复合引发剂等,也可用辐射、过氧化物、氧化还原引发剂来引发反应。
接枝共聚类高分子水凝胶材料的平衡溶胀能力主要由原料配比、引发方法及引发剂种类、离子单体及交联剂含量等条件决定。
研究较多的接枝共聚类单体有丙烯胺、丙烯酸和丙烯酰胺等。
3水溶性高分子交联水溶性高分子聚乙烯醇( PVA)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸(PAA)、聚N - 甲基吡咯烷酮、聚胺等通过适度交联,就可制得高分子水凝胶材料。
化学交联法是此类高分子水凝胶材料制备的主要方式之一,要求交联剂必须是能与水溶性高分子功能基反应的多官能团化合物或多价金属离子。
辐射交联在制备高分子水凝胶材料方面也很有用,通过高能射线的照射而使水溶性高分子链间发生交联,此法被认为是水溶性聚丙烯酰胺制备高分子水凝胶材料的最合理方法。
由水溶性高分子制备高分子水凝胶材料的关键是交联度的控制,化学试剂交联法主要控制交联剂的用量而辐射聚合法的关键是辐射剂量的有效控制。
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。
具有各向异性结构的聚乙烯醇水凝胶的制备及性能表征
具有各向异性结构的聚乙烯醇水凝胶的制备及性能表征张林;汪辉亮【摘要】首先对聚乙烯醇(PVA)水溶液进行定向冷冻-解冻制备出具有各向异性结构的PVA水凝胶,然后采用60Co-γ射线对其进行辐射交联以提高其热稳定性和力学性能.扫描电子显微镜(SEM)结果显示PVA水凝胶保持了各向异性的微观结构,在平行冷冻方向上具有相对规整的取向结构,在垂直冷冻方向上呈现均匀孔洞结构.热稳定性测试结果表明:辐射剂量在30 ～ 70 kGy范围内、定向冷冻次数为1次的PVA水凝胶在60℃热水浴中保持凝胶状态长达10h以上.对辐射交联PVA水凝胶进行拉伸力学性能测试,凝胶具有各向异性的拉伸性能,且拉伸强度和弹性模量均有提高,辐射剂量为10 kGy、定向冷冻次数为3次的PVA水凝胶(DFT-RC-3-10)在垂直定向冷冻方向上的拉伸强度和弹性模量分别为0.86和0.10 MPa.【期刊名称】《生物质化学工程》【年(卷),期】2019(053)003【总页数】7页(P39-45)【关键词】聚乙烯醇水凝胶;辐射;热稳定性;各向异性【作者】张林;汪辉亮【作者单位】营口理工学院化学与材料工程系,辽宁营口115014;北京师范大学化学学院,北京100875【正文语种】中文【中图分类】TQ35;O631.2水凝胶是化学或物理交联的具有三维网络结构的亲水性聚合物，它在水中溶胀而不溶解，被广泛应用于农林、园艺、石油化工、化妆品、生物医学等领域[1-2]。
大部分合成水凝胶的力学性能较差，在微观结构和宏观性能方面均呈各向同性，缺少有序结构，进而限制了其在一些领域的应用。
相反，许多生物组织(如肌肉、软骨、皮肤和角膜)均具有较强的机械性能，它们通常具有各向异性的微观结构，这也是生物组织可以实现一些复杂功能的原因[3-4]。
具有优异机械性能和各向异性结构的水凝胶与一些生物组织具有相似的微观结构，是人造仿生器官的理想材料[5-6]。
因此，制备具有各向异性结构和机械性能的水凝胶具有重要意义。
聚乙烯醇水凝胶的制备及应用进展_吴李国
聚乙烯醇水凝胶的制备及应用进展吴李国 章悦庭 胡绍华(东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海,200051)摘要 综述了PVA 水凝胶的制备进展,详细介绍了PVA 水凝胶的最新应用研究。
关键词:聚乙烯醇,水凝胶,制备,应用中图法分类号:TQ31 高分子凝胶是线性高分子链通过交联形成三维网状结构,再经过大量溶剂溶胀形成的一种胶态物质[1]。
“凝胶”的称谓是由胶体化学创始人Graham 于19世纪后半叶提出的。
最早的凝胶应用可以追溯到中国古代的豆腐制作。
现代的凝胶研究则始于水溶胶领域明胶的研究[2]。
最初的凝胶研究只限于凝胶的溶胀等基本现象,例如对天然橡胶在有机溶剂中溶胀时压力与浓度的关系等等。
20世纪30年代起,科学家开始系统地研究凝胶化(Gelation )过程,主要体现在基础理论的研究和工艺学研究两方面。
Flor y 提出了利用单体聚合制造网络的临界条件,此后,Flor y 又和R ehner 提出了网络结构的溶胀理论。
Eldridge 和Ferr y 则研究了热可逆溶胶的凝胶点和聚合物浓度的关系。
凝胶按照分散相介质的不同而分为水凝胶(hydro -gel )、醇凝胶(alc ogel )和气凝胶(aerogel )等。
因此,水凝胶的分散相介质是水,它是由水溶性分子经过交联后形成的,能够在水中溶胀并且保持大量水分而不溶解的胶态物质。
20世纪50年代,日本人曾根康夫[3]最早注意到聚乙烯醇(P V A )水溶液的凝胶化现象。
由于P V A 水凝胶除了具备一般水凝胶的性能外,特别具有毒性低、机械性能优良(高弹性模量和高的机械强度)、吸水量高和生物相容性好等优点,因而倍受青睐。
P V A 水凝胶在生物医学和工业方面的用途非常广泛。
这里就PV A 水凝胶最新的制备和应用研究进展作一综述。
1 PVA 水凝胶的制备PVA 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。
水性聚氨酯_聚丙烯酰胺IPN水凝胶的合成及性能
m ( PU ) B m ( PAAm ) 50B0 50B15 50B60 0B60
For m u lat ion s of PAAm-PU latex IPN hydrogels
DEG DA / g 0 2 2 2 H2 O / g 0 20 20 60 A PS / g 0 0 . 07 0 . 28 0 . 28
1 实验部分
1 . 1 试剂和仪器 异佛尔酮二 异氰 酸 酯 ( IPD I); 聚 醚 N-220 , M n = 2 000 ; 一缩 二 乙 二醇 ( DEG ); 二 羟 甲基 丙 酸 ( DM PA ); 三羟甲基丙烷 ( TM P ); 三乙胺 ( TEA )。六氢-1 , 3 , 5 -三均三嗪 ( TNO ); 乙基硫代磺酸乙酯 ( ZX10) ; 壳聚糖 ( C s), 以上均为工业品。二月桂酸二丁基锡 ( T-12)、 丙烯酰胺 ( A a m )、 一缩二乙二醇双酯 ( DEGDA )、 过硫酸铵 ( APS) , 以上均为分析纯试剂。
2007-05 -08收稿 , 2007-08 -05 修回 安徽大学研究生创新计划资助项目 ( 20073041) 通讯联系人 : 许戈文 , 男 , 研究员 ; E-m ai: l xugw@ ch ina. com; 研究方向 : 水基高分子
588
应用化学
第 25 卷
N exus -870 型 FT-IR 全反射红外光谱仪 (美国 N ico let); PYRIS -1型功率补偿型差示扫描量热仪 ( 美 国 PE) , 温度范围 - 50~ 400 e , 升温 速率为 20 e /m in ; U ltracu t E 型超 薄切片机 ( 英 国剑桥 ); JEM100SX 型透射电子显微镜 ( 日本 JEOL )。 1 . 2 合成方法 1 . 2 . 1 水性聚氨酯 ( PU )的合成 按文献 [ 10] 方法, 在干燥 N 2 气保护下, 将 80 g 真空脱水后的聚醚 N-220 , 35 g IPD I加入三口烧瓶中, 混合均匀后升温至 85 e 反应 1 h , 再加入 419 g DM PA 85 e 左右反应 1h , 最后加入 51 9 g DEG、 111 g TM P、 70 mL 丙酮以及 3 滴 T-12 60 e 反应至 NCO 含量不再变化 , 降温至 35 e 出料。 将预聚体用 41 8 mL 三乙胺中和后加水 290 g 高速乳化, 得到白色乳液, 减压蒸馏脱去溶剂 丙酮即得质量分数约为 30 % 的水性聚氨酯乳液。 1 . 2 . 2 聚氨酯-聚丙烯酰胺 ( PU-PAAm )水凝胶的制备 参考文献 [ 8]方法 , 按表 1 配方, 取适量乳液置
PVA水凝胶的制备及研究综述
PVA水凝胶的制备及研究综述PVA（Polyvinyl alcohol）水凝胶是一种高分子材料，具有良好的生物相容性和生物降解性，因此被广泛应用于医药领域。
本文将对PVA水凝胶的制备方法及其在生物医学研究中的应用进行综述。
首先，PVA水凝胶的制备方法有多种途径。
常见的方法包括化学交联法、物理交联法和生物酶法。
化学交联法通过添加交联剂将PVA分子间的羟基反应形成三维网络结构，增加水凝胶的稳定性和机械强度。
物理交联法通过改变PVA的温度或PH值使其融化或凝胶化，形成具有特定结构和性能的水凝胶。
生物酶法则是利用酶的特异性催化作用将PVA分子间的化学键断裂或形成，从而实现水凝胶的形成。
这些方法的选择取决于所需要的PVA水凝胶的特性和应用场景。
PVA水凝胶在生物医学研究中有着广泛的应用。
首先，PVA水凝胶可用于组织工程领域，用于制备人工组织和器官。
PVA水凝胶具有良好的生物相容性和生物降解性，可以提供支撑和保护细胞的基质环境，促进细胞黏附和增殖，促进组织再生和修复。
其次，PVA水凝胶可以作为药物缓释系统，用于控制药物的释放速率和降低药物的毒副作用。
PVA水凝胶可以容纳各种药物，并通过改变水凝胶的孔隙结构和渗透性，调控药物的释放行为。
另外，PVA水凝胶还可用于细胞培养和输送，并具有较好的可控性和可调性。
PVA水凝胶可以调节其物理和化学性质，以满足不同细胞种类和生长条件对细胞的要求。
虽然PVA水凝胶在生物医学领域的应用潜力巨大，但仍存在一些挑战和问题。
首先，PVA水凝胶的力学性能和稳定性还需要进一步提高，以适应复杂的生物环境。
其次，PVA水凝胶的生物降解性需要合理调控，以保证其在体内的稳定性和有效性。
最后，PVA水凝胶的制备方法还有待进一步改进和优化，以提高制备效率和降低成本。
综上所述，PVA水凝胶是一种具有广泛应用前景的生物医学材料。
通过不同的制备方法，可以得到具有不同性能和结构的PVA水凝胶。
在生物医学研究中，PVA水凝胶可用于组织工程、药物缓释、细胞培养等多个领域。
水凝胶调查报告
水凝胶调查报告一、引言1．水凝胶（Hydrogel）的定义以水为分散介质的凝胶。
具有交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团而形成能遇水膨胀的交联聚合物。
是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。
凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。
这些高分子按其来源可分为天然和合成两大类。
天然的亲水性高分子包括多糖类（淀粉、纤维素、海藻酸、透明质酸，壳聚糖等）和多肽类（胶原、聚L-赖氨酸、聚L-谷胺酸等）。
合成的亲水高分子包括丙烯酸及其衍生物类（聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等）。
2．水凝胶的用途作为一种高吸水高保水材料，水凝胶被广泛用于多种领域，如：干旱地区的抗旱，农用薄膜、建筑中的结露防止剂、调湿剂、石油化工中的堵水调剂，原油或成品油的脱水，在矿业中的抑尘剂，食品中的保鲜剂、增稠剂，医疗中的药物载体等等。
值得注意的是，不同的应用领域应该选用不同的高分子原料，以满足不同的需求。
二．水凝胶方面近五年的文章发表情况1．Nature以hydrogel为主题进行搜索，找到近五年的文章，数据统计如下：2010年34篇2009年83篇2008年73篇2007年76篇2006年53篇2．中国学术期刊网络出版总库：（关键词：水凝胶）2010年20篇2009年186篇2008年167篇2007年161篇2006年135篇3．中国博士学位论文全文数据库：（关键词：水凝胶）2009年8篇2008年9篇2007年4篇2006年9篇4．中国优秀硕士学位论文全文数据库：（关键词：水凝胶）2009年32篇2008年22篇2006年48篇2006年19篇从统计数字来看，近年来对水凝胶的研究越来越多。
10年截止到3月份，国内外都各有大量的文章出现，从整个趋势看，水凝胶又是今年的研究热点，值得我们关注。
三．不同水凝胶的制备的研究1．红薯淀粉水凝胶制备以红薯淀粉为原料，以4-二甲基氨基吡啶为催化剂，于水相中经过醋酸酐酯化处理制备红薯淀粉水凝胶。
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
辐射交联法
辐射交联法是利用高能辐射如紫外光、 电子束等，使PVA分子链产生自由基或 交联点，从而形成水凝胶。这种方法具 有快速、高效、环保等优点。
常用的辐射交联法包括：UV光引发聚 合、电子束辐射交联等。
其他制备方法
在生物医学领域的应用
防雾剂
PVA水凝胶可以用于制备防雾剂，防止玻璃、塑料等表面的雾气形成。
在其他领域的应用
油墨和涂料
PVA水凝胶可以用于制备油墨和 涂料，提高其粘附性和稳定性。
化妆品
PVA水凝胶可以用于制备化妆品 ，增加其粘度和稳定性。
03 PVA水凝胶的未来发展与 挑战
提高水凝胶的性能
增强机械性能
通过改进制备工艺或添加增强剂， 提高PVA水凝胶的机械强度和耐 用性，使其能够承受更复杂的环 境条件。
药物输送
发挥PVA水凝胶的载药能力和生物相容性，用于药物控制释放和靶 向输送，提高药物的疗效和降低副作用。
环保领域
利用PVA水凝胶吸附和分离有害物质，处理工业废水、重金属离子 等环境污染物，为环保事业提供技术支持。
降低生产成本
优化原料来源
寻找低成本、可再生的原料替代品，降低PVA水 凝胶的生产成本，提高经济效益。
石油化工等领域。
02 PVA水凝胶的制备方法
物理交联法
物理交联法是通过物理作用力，如氢键、离子键、配位键等，将PVA分子链连接 在一起形成水凝胶。这种方法操作简单，无需使用化学试剂，但形成的凝胶强度 较低。
常用的物理交联法包括：冷冻-解冻法、热致相分离法、溶剂置换法等。
化学交联法
化学交联法是通过化学反应将PVA分 子链连接在一起形成水凝胶。这种方 法形成的凝胶强度较高，但需要使用 化学试剂，操作较为复杂。
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”。
水凝胶的制备及其应用研究
水凝胶的制备及其应用研究水凝胶是一种水分含量高、吸水性强的高分子物质，常用于水保土、植物栽培、水生动植物的保水等领域。
本文将重点探讨水凝胶的制备以及其应用研究进展。
一、水凝胶的制备1. 原料准备水凝胶的制备原料主要包括聚丙烯酰胺（PAM）、天然植物纤维素等可溶于水的高分子物质。
其中，PAM是常用水凝胶制备原料之一，其在水中溶解后能形成透明的胶体。
天然植物纤维素则具有良好的生物相容性和无毒环保等优点。
2. 制备工艺（1）PAM制备法：首先将PMA与弱碱溶液混合，在加热及搅拌的条件下，发生聚合反应，形成颗粒状的聚合物。
接着，对聚合物进行干燥处理，即可得到水凝胶。
（2）天然植物纤维素制备法：将天然植物纤维素与水混合并搅拌均匀，接着加入交联剂并充分搅拌，最后经过干燥即可形成水凝胶。
二、水凝胶的应用研究进展1. 水保土水凝胶凭借其优异的保水性，被广泛应用于水保土领域。
其在不同环境下能保持不同程度的水分吸附性，不仅有助于降低地表水蒸发量，减少水分流失，还能提高土壤肥力，改善土壤结构。
2. 植物栽培水凝胶的应用也广泛涉及到植物栽培领域。
通过将水凝胶与土壤混合使用，能够增加土壤中的有效水分量，提高植物的抗旱性能，增加作物收成。
3. 水生动植物的保水在水生动植物的保水领域，水凝胶的应用也具有一定的研究前景。
例如，水凝胶可用于水生植物生长介质中，与化肥掺混使用，能够提高水生植物的营养吸收率，增强抗倒伏能力。
4. 养殖业水凝胶的吸水性能不仅限于土壤领域，还可应用于养殖业。
例如，将水凝胶填充于鱼缸中，可提高水质稳定性，减缓养殖污染，促进鱼儿健康成长。
5. 制药工业水凝胶在制药工业中的应用也日益受到人们的关注。
其常应用于口腔用药基质、人工眼泪等领域，能够增加药物缓释时间、改善药物的生物利用度等，为制药工业注入了新的思路。
综上所述，水凝胶其制备成本低、环保无毒、应用领域广泛等优点，使其应用价值具有巨大的潜力。
越来越多的科研人员瞄准水凝胶这个领域展开了更为深入的研究，未来，水凝胶的研制和应用将会更加广泛化，丰富人们的生活。
强韧抗溶胀水凝胶的简单构筑及性能
[ ( ) ] 1
-M c
=
2 74800
-
0.788 18
×
ln
1 - v2
+
v2
+
0.494v
2 2
v
1 2
3
-
v2 2
ρc = 1/ (0.788 -M C)
（7） （8）
ξ
=
( v2 )-1
| 3∙||
|
2
×
8.3 × 44
-M c
|1 || |
2
×
1.54
（9）
vexp = G'/ ( ϕRT )
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
短 链 壳 聚 糖（CS，脱 乙 酰 度 >90%，Mn=4000），上 海 梯 希 爱 化 成 工 业 发 展 有 限 公 司 ；聚 乙 烯 醇 （PVA，醇解度=99%，Mn=74800），上海阿拉丁试剂有限公司 .
德国 ZEISS 公司 EVO18 型扫描电子显微镜（SEM），水凝胶用液氮淬断后冻干脱水，测试前表面喷
收稿日期：2020-09-29. 网络出版日期：2021-02-08. 基金项目：国家自然科学基金(批准号: 52063001)、宁夏自然科学基金(批准号: 2020AAC03205)和省部共建煤炭高效利用与绿色化 工国家重点实验室开放课题(批准号: 2021-K72)资助 . 联系人简介：雒春辉, 男, 博士, 副教授, 主要从事高分子材料研究 . E-mail: luochunhui@
30 kV，管电流 30 mA，扫描速率 5°/min，扫描范围为 5°～80°（2θ）；美国 TA 仪器公司 Q20 型差示扫描量
热仪（DSC），氮气氛围，升温速率 1 ℃/ min，测试温度为‒40 ~ 40 ℃；东莞市力显仪器科技有限公司电
PVA／P(AA-AM)复合水凝胶的制备及性能
吸水能力较差、 不具 备 ｐ Ｈ敏感性和重金属离
子络合 功能 。为 了制备 出具有 络合 功能和 刺激 响应 性 能的高性 能 Ｐ ＶＡ基水 凝胶 材料 ， 者采 笔
用聚乙烯 醇和 Ｐ Ａ 。 ） （ Ａ 复合交联 的方法制 备出复合水凝胶 ， 研究了该复合凝胶 的溶胀性 能、Ｈ敏感性与凝胶结构的关系。 ｐ
黄 晓兵 ， 张 熙， 代 华 ， 杨万庆
（ 四川大学高分子研究所 ， 高分子材料工程 国家重点实验室 ， 四川 成都 ６０６ ） １０５
摘要： 采用水 溶液 聚合 方 法合 成 了不 同组 成 的 丙烯 酸． 丙烯 酰胺 共 聚物 （ Ａ － Ｍ） 。将 聚 乙烯醇 Ｐ（ Ａ Ａ ） （ Ｖ 与所合成的 Ｐ Ａ Ａ 共混 ， Ｐ Ａ） （ Ａ－ Ｍ） 以戊二醛为 交联 剂， 制备 出了不 同结构的 Ｐ 户 （ ＇ Ｍ） Ｖ ＡＡＡ 复合水
不同材料制备聚合 物复合水凝胶是获得高性
能、 多功 能聚合 物 水 凝胶 的有 效方 法 。 由于 不
同材料 复合 制备 的水凝 胶可具有 不 同于相应单
丙烯酰胺（ Ｍ）成都科龙化工试剂厂 ； Ａ ： 丙烯酸 （ ）天津 市 化学 试 剂 研 究所 ； 水 亚 硫 酸钠 从 ： 无 （ ａＳ ３ ： 析纯 ， 江省永 嘉 县化 工 试剂 厂 ； Ｎ ｚ Ｏ ）分 浙 戊二醛 ： 分析纯 ， 浓度 ５ ％， ０ 成都科龙化工试剂
（ Ｖ 形 成 的 水 凝 胶 化 学 性 质 稳 定 ， 于 成 Ｐ Ａ） 易
型， 无毒 副作用 ， 一 种 常用 的功 能材 料 ， 其 是 但
１ ２ 聚合物 Ｖ ａ ． Ｍ ） ． （ Ａ Ａ 的制备
采用 自由基水溶液聚合方法合成共聚物 Ｐ （ ＡＡＭ） Ａ － 。称 取拟 定 量 的丙烯 酸 ， ２ｍ ｌ 用 ｏ／ Ｌ
化学交联聚乙烯醇(PVA)水凝胶的合成及研究
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｉ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ＇ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ， ｇ Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ７ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
142不同调堵体系的黏度测试温度对聚乙烯醇水凝胶的黏度有影响但在较本实验以聚乙烯醇为主剂2d树脂为交联剂高温度下液体的粘性力主要是由于分子问吸引力通过调整体系的反应温度反应时间原料用量的配造成的当温度升高时分子距离加大引力减小使粘性力减弱黏度降低但聚乙烯醇水凝胶还是凝胶比等条件制备出不同调堵体系并对其用ndj一8s状态聚乙烯醇水凝胶仍具有一定的稳定性能
ｄ ｉ ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｘ ｙ ｅ ｔ ｈ ｙ ｌ ｅ ｎ ｅ ｕ ｒ ｅ ａ ａ ｓ ｃ ｒ ｏ ｓ ｓ— ｌ ｉ ｎ ｋ ｉ ｎ ｇ ａ ｇ ｅ ｎ ｔ．Ｔｈ ｅ ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｌ ｗａ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ
聚合 物 出发 令 其 交 联 制 备 水 凝 胶 的 方 法 是 很 常 见
ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｍｉ ｒ ｎ ｅ ｔ ｈ ｅ ｂ ｅ ｓ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍｕ ｌ ａ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉ ｒ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ Ｃ ｏ ａ ｒ ｓ ｅ ｓ ｌｔ ａ
ａ ｎ ｄ Ｃ ａ Ｃ １ ２ ｓ ａ ｌ ｔ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｔ ｓ ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｓ ｉ ｔ ｙ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ Ｐ ＶＡ ／ ｄ ｉ ｍｅ ｔ ｈ ｙ ｌ ｏ ｌ ｄ ｉ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｘ ｙ ｅ ｔ ｈ ｙ ｌ ｅ ｎ ｅ ｕ ｒ ｅ ａ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｒ ｓ ｅ ｓ ａ ｌ ｔ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｌ ； ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｓ ｉ ｔ ｙ
PVA_PAMPS_PAA三元互穿网络型水凝胶的合成及其性能研究_袁丛辉
. 在医药和生物工程中应
[ 3]
. 水凝胶是一些交联高聚物或
共聚物吸收大量水分 , 溶胀而成的半固体 . 水凝 胶具有优良的理化性质和生物学性质 , 可控制药物 释放 , 并具有生物黏附 、 生物相容和可生物降解等 特性 , 目前已用于控释 、 脉冲释放 、 触发式释放等 新型给药系统的研制 . 根据水凝胶对外界刺激的响 应情况 , 水凝胶可以分为传统水凝胶和智能水凝 胶. 前者对环境的变化不敏感 , 后者对于外界微小 的物理化学刺激 , 如温度 、电场 、磁场 、 光 、pH 、离子 强度 、压力等 能够感知 、处理 并可通过 做功来应 答
0. 4 0. 4 0. 4 0. 4 0. 4 0. 4 0. 4 0. 4 0. 4 0. 4
The molar percentage of MBA or K 2 S2 O8 of the total monomer
将一定量的 PVA 加入装有搅拌器的 250 mL 三颈瓶中 , 加入一定量的蒸馏水 , 在 80 ℃下搅拌 , 使 PVA 完 全溶解 . 称 取一 定量 的 AMPS 加 入到 100 mL 的烧杯中 , 用一定量的蒸馏水将 其溶解 . 将烧杯中的溶液加入到三颈瓶中 , 并向三颈瓶中 加入一定量的 N , N′ -亚甲基双丙烯酰胺及过硫酸 钾. 通氮气约 30 min , 排尽三颈瓶中的氧气 , 密封 . 在 60 ℃的恒温水浴中反应 4 h , 得到透明凝胶 . 将 产物放在蒸馏水中浸泡 7 天 , 每隔一段时间换 1 次水 , 充分洗去未反应的单体及其他杂质 , 烘干备 用. 将 PVA-PAMPS 水凝胶放入到溶解有过硫酸 钾以及 N , N′ -亚甲基双丙烯酰胺的丙烯酸水溶液 中. 控制溶胀时间以得到丙烯酸含量不同的凝胶 , 将凝胶放 入密闭 容器中 , 在 30 ℃的 环境下 放置 5 h , 使丙烯酸在凝胶中扩散均匀 . 将溶胀后的水
聚乙烯醇(PVA)水凝胶的制备
聚乙烯醇（PVA）水凝胶的制备聚乙烯醇（PVA）水凝胶是一种高分子化合物制成的水凝胶，具有可溶性和良好的生物相容性，可以广泛应用于医学、环保、农业和生物工程等领域。
本文将介绍PVA水凝胶的制备方法。
一、材料准备1. PVA粉末：选择适合需要的聚乙烯醇粉末，粉末的分子量与最终制备出的水凝胶的性质密切相关。
2. 离子交换水：烧杯中添加适量的离子交换水，以保证PVA粉末能够充分溶解。
3. 甘油：甘油可用于增加PVA水凝胶的柔韧性，可以根据需要添加适量的甘油。
4. 氢氧化钙：氢氧化钙可用于控制PVA水凝胶的凝胶速度，添加适量的氢氧化钙可以定制出不同凝胶速度的水凝胶。
二、制备方法2. 将烧杯置于加热板上，用磁力搅拌器将PVA溶液搅拌均匀，使其达到透明的状态。
3. 将氢氧化钙称量放入烧杯中，逐滴加入PVA溶液中，并不停搅拌，直至氢氧化钙完全溶解，均匀分布在PVA溶液中，形成PVA凝胶。
4. 添加适量的甘油，也可在加氢氧化钙之前添加，以提高PVA凝胶的柔韧性，同时仍需不停搅拌，确保甘油均匀分布在PVA凝胶中。
5. 将制备好的PVA凝胶倒入模具中，静置3-4小时，至凝胶固化。
6. 将凝胶取出，并加入水或其他液体，使凝胶膨胀、吸水。
三、特点PVA水凝胶的特点主要体现在以下方面。
1. 生物相容性好：PVA是一种无毒、无害、生物相容性良好的高分子材料，可广泛应用于医学领域。
2. 可溶性好：PVA具有优良的可溶性，可与水和其他有机溶剂混合使用。
四、应用PVA水凝胶可广泛应用于医学、环保、农业和生物工程等领域，具体应用如下：1. 医学领域：可用于载药、组织工程、伤口治疗等。
2. 环保领域：可用于固体废物处理、水污染治理和土壤修复等。
3. 农业领域：可用于土壤保水、植物栽培和农残保留等。
4. 生物工程领域：可用于生物反应器、生物传感器和生物分离等。
五、结论。
聚乙烯醇(PVA)水凝胶的制备和应用
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
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
反复冷冻法
物理交联法
冻结—部分脱水法 化学试剂交联
化学交联法
辐射交联
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。
欢迎批评指导！！
2019 ppt资料 19
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。
物理交联法
• 改进：将PVA 溶解在
聚乙烯醇水凝胶的制备及其溶胀性能
产生的渗透压也越来越小，溶胀性能就越来越差。
的增加，故其溶胀率也随之增加。
盐水浓厦
图３盐水浓度对聚乙烯醇水凝胶溶胀性能的影响
２．４温度对聚乙烯醇水凝胶溶胀性能的影响 固定硼酸和聚乙烯醇的配比为６：８０，制备聚乙 烯醇水凝胶。测定聚乙烯醇水凝胶溶胀率在不同温
硼酸用量腭
圈１交联剂用■对聚乙烯醇水凝胶
度１％氯化钠水溶液中的溶胀情况；温度对聚乙烯 醇溶胀性能的影响如图（４）所示。温度对聚乙烯醇水 凝胶的溶胀性能基本上没有影响。在较高温度下聚
度不同，在内外两侧之间产生渗透压。由于外部溶
液浓度低于内部溶液浓度，所以水会自外部溶液进 入凝胶，凝胶具有吸水性。并且两者的浓度差别越 大，产生的渗透压也越大，溶胀性能也越好。随着
盐水浓度的不断增加，两者的浓度差别越来越减小，
（下转第１பைடு நூலகம்页）
万方数据
１０
化工技术与开发
【４】Ｎｉｓｈｉｍｏｔｏ
ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｙ，Ｎａｍｂａ Ｋ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ
【５】Ｓｉｎｇｈ Ｐ ＩＬＫｕｍａｒ Ｒ．Ｌａｌ ｏｆ觚
ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ
ＮＬｅｔ
ｇｌ，Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ
ｏｆ
ａｎｉｓｏ扛Ｄｐｉｃ
Ｌ，Ｂｕｃｋ Ｍ Ｅ，Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
ｉｎ ａｑｕｅｏｕｓ ａｌｋａｌｉｎｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｓｏｌａｒ
增加而降低。这说明聚乙烯醇水凝胶的溶胀性能对 外界溶液浓度具有一定的敏感性。
（３）温度对聚乙烯醇水凝胶的溶胀性能没有影响。 参考文献：
【１】潘育松，熊党生，陈晓林，等．聚乙烯醇水凝胶的制备 及性能川．高分子材料科学与工程，２００７，２３（６）：２２８—２３ １． 【２】郑凯，何吉宇，陈丹萍，等．双螺杆挤出法制备聚乙烯 醇水凝胶及其表征【Ｊ】．高分子材料科学与工程，２００６， ２２（５）：１８９・１９２．
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第18卷第1期高分子材料科学与工程V o l.18,N o.1 2002年1月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G Jan.2002 PVA-PAA IPN水凝胶的制备及其溶胀性质研究Ξ白渝平,杨荣杰,李建民,谭惠民(北京理工大学化工与材料学院,北京100081)摘要:利用化学交联和循环冰冻2解冻相结合的顺序逼近法,制备了由聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)复合的具有互穿聚合物网络(IPN)结构的高分子水凝胶。
研究了交联剂含量、PAA含量和温度对水凝胶溶胀性质的影响。
实验结果表明,30℃时,交联剂含量为1.0mo l%的凝胶溶胀度最大,凝胶中PAA含量越大,凝胶的溶胀度越大;具有IPN结构的凝胶具有温度敏感性质;调节凝胶中PAA和交联剂的含量,可以控制凝胶突变体积的大小。
关键词:聚乙烯醇2聚丙烯酸水凝胶;顺序逼近法;互穿聚合物网络;溶胀度中图分类号:TQ316.6 文献标识码:A 文章编号:100027555(2002)0120098204 高分子水凝胶是一种只能在溶剂中溶胀,不能溶解的高分子材料。
在环境如温度[1,2]、pH[3,4]、离子浓度[2]、电场作用[5,6]、磁场和光[7]等因素的影响下会发生溶胀或收缩。
自20世纪70年代以来在就受到了国内外的广泛关注,人们对水凝胶在药物控释系统[8,9]、活性酶包埋、记忆开关元件、机械传动装置[10,11]和人工肌肉[12]等应用方面进行了大量研究。
PVA水凝胶由于具有良好的生物相容性,作为医疗代用材料具有潜在的应用前景。
有关该类水凝胶的研究进行得较早也较深入[13～15]。
PVA的高分子链上不含有离子基团,pH值改变时,它不发生体积相变,因而PVA与其它离子型高分子复合可制备具有一定力学强度的刺激响应性凝胶[16]。
PVA的引入可增加复合凝胶的强度,改善加工性能,加大凝胶的温度响应范围和pH稳定性[16]。
PAA是一种阴离子型聚电解质。
PAA分子链上大量的羧基基团(-COOH)具有亲水性,并可电离产生羧基离子(-COO-),单纯的PAA可形成水凝胶,并对电场刺激、温度和pH 的刺激具有响应性,但是其力学强度很差,因此,通常人们利用PAA的可电离性和PVA较好的力学强度及良好的弹性,将二者进行复合,可得到既具有力学强度,又具有刺激响应性的高分子水凝胶。
笔者所在实验室对物理交联法制备的PVA2PAA复合水凝胶在电场作用下的弯曲响应行为进行了研究,并对凝胶高分子链段在电场中的取向运动和弯曲机理进行了探讨[17]。
本文是在上述实验的基础上,对该凝胶的制备方法进行了改进,并研究了交联剂含量、PAA含量和温度对凝胶溶胀性质的影响。
1 实验部分1.1 试剂与仪器聚乙烯醇(PVA):国营新光化工厂产品,聚合度为1750±50,醇解度97%;丙烯酸(AA):北京益利化学试剂有限责任公司提供,单体,减压蒸馏提纯;N,N′2亚甲基双丙烯酰胺(B is):分析纯,交联剂;过硫酸铵(A PS):分析纯,引发剂;亚硫酸氢钠,分析纯,引发剂;二甲基亚砜(DM SO):分析纯,溶剂;N ico let560 FT2I R光谱仪。
1.2 水凝胶的制备本文采用化学交联和物理交联相结合的顺Ξ收稿日期:2000202209;修订日期:2000205223 作者简介:白渝平,女,31岁,博士生.序逼近法制备水凝胶样品。
AA 在PVA 溶液中经化学引发聚合交联形成网络,然后再进行冰冻2解冻循环过程,使PVA 在交联的PAA 链段内产生网络,从而形成具有互穿聚合物网络(IPN )结构的复合高分子水凝胶。
反应式见F ig .1。
具体实验步骤如下:F ig .1 PVA PAA IPNs by radical poly mer ization and the freez i ng -thawi ng processTab .1 Sam ple preparation and designation ofPVA PAASamp leGel con 2centrati on (%)PVA ∶AA (g g )C ro sslinker (mo l %)Initiato r (m ass %)N o .12050∶5000.2N o .22050∶500.50.2N o .32050∶501.00.2N o .42050∶501.50.2N o .52050∶502.00.2N o .61550∶501.00.2N o .72040∶601.00.2N o .82060∶401.00.2anno tate :the content of cro ss linker is the mo le percent of AA ;initiato r is m ass percent of AA . 按T ab .1所给配方称取PVA 加入到DM SO 与水的混合溶剂中,水浴加热1.5h ～2h ,直至成透明的溶液,冷却至40℃,按配方加入AA 和交联剂B is ,搅拌至充分混合,再将混合溶液降温至30℃,依次滴加过硫酸铵和亚硫酸氢钠水溶液,混合均匀后,迅速倒入模具中,于30℃恒温24h 。
然后将模具放入冰柜中,于-30℃冷冻24h 后,取出于常温下解冻24h ,重复这样的冰冻2解冻循环过程5次。
这样得到具有一定强度和弹性的复合水凝胶,将凝胶从模具中取出,在去离子水中浸泡7d 以上,每隔24h 换一次水,以去除凝胶中未反应完全的单体、交联剂、引发剂残余物质、溶剂DM SO 和一小部分聚合度较低的高分子。
1.3 红外光谱分析将烘干的PVA 、PAA 和PVA PAA (N o .3)凝胶样品磨碎,用溴化钾压片,分别测试其红外光谱图。
1.4 溶胀性质研究将浸泡过的凝胶切成小块,于30℃烘干至恒量,即为干凝胶。
将干凝胶浸泡于20mL 去离子水中,待其达到溶胀平衡后,用滤纸擦去凝胶表面的水,然后称其质量(W s ),计算凝胶的溶胀率。
溶胀度(S R )由下式计算: S R =[(W s -W d ) W d ]×100%(1)式中:W s ——凝胶在溶剂中达到溶胀平衡时的质量;W d ——干凝胶的质量。
2 结果与讨论2.1 结构表征F ig .2为PVA ,PVA PAA IPN 和PAA 水99 第1期白渝平等:PVA 2PAA IPN 水凝胶的制备及其溶胀性质研究凝胶的红外光谱图,IPN 水凝胶的红外光谱图是PVA 和PAA 水凝胶的红外光谱图的迭加。
由此可以说形成IPN 的过程中无新的化学键生成,PVA 与AA 之间未发生共聚或缩聚反应;同时也证明PVA 与PAA 形成了IPN 结构。
F ig .2 FT -IR spectru m of PVA (A ),PVA PAA IPNs (B )andPAA (C)2.2 交联剂含量对凝胶溶胀性质的影响不同交联剂含量的干凝胶样品,30℃浸泡于去离子水中的溶胀度随时间的变化如F ig .3所示。
从F ig .3可以看到,在初始溶胀阶段,N o .2、N o .3、N o .4、N o .5凝胶样品的溶胀趋势基本一致,只是溶胀度大小略有差别。
而交联剂含量为0%的N o .1凝胶样品的溶胀几乎是匀速的。
这是由于在溶胀过程中,一方面溶剂力图渗入高聚物内部使其溶胀;另一方面由于交联高聚物体积膨胀导致网状分子链向三维空间伸展,使分子网受到应力而产生弹性收缩能,力图使分子网收缩。
当这两种相反的倾向相互抵消时,达到了溶胀平衡。
N o .1凝胶样品是两种线性高分子共混的产物,依靠PVA 分子间、PAA 分子间以及PVA 和PAA 分子间产生的氢键形成的物理交联水凝胶,其交联点密度较化学交联的凝胶低,其网络的稳定性也相应较差。
而且其中的一些高分子链可能相互缠结,或者同一高分子链发生内交联致使分子链卷曲,因此,在其溶胀过程中,溶剂水渗入高聚物内部的阻力较小,实验也显示其达到溶胀平衡的时间比其它样品短得多,吸水性也降低了很多。
N o .2、N o .3、N o .4、N o .5凝胶样品具有类似的网络结构,因为交联剂含量不同,致使样品的溶胀度各异。
F ig .4是N o .1～N o .5凝胶样品达到平衡溶胀时的溶胀度,结果表明交联剂含量为1.0%的凝胶样品在30℃的溶胀度最大。
F ig .4 Effect of cross li nker con ten t i n hydrogel on swelli ngratio at 30℃2.3 温度对凝胶溶胀性质的影响研究了凝胶在30、35、40、45℃时的溶胀性质,结果如F ig .5、F ig .6所示。
由F ig .5可以看到,N o .2～N o .5凝胶样品在约38℃～40℃处存在一最低溶胀度,而N o .1凝胶样品的溶胀度随温度的升高而降低,说明具有交联网络结构的PVA PAA 凝胶具有温度敏感性。
N o .1凝胶样品是两种线性高分子依靠氢键作用形成的物理交联水凝胶,PVA 分子链上的羟基基001高分子材料科学与工程2002年 团和PAA分子链上的羟基基团具有亲水性,在较低温度时,这些亲水基团与水形成分子间氢键,因此,在低温下,水渗透进入凝胶内部,以结合态水形式存在。
随着温度的升高,水分子获得能量,凝胶内的亲水基团转变为分子内氢键,这样势必降低凝胶与水分子之间的亲合力,凝胶内部的水分子由结合态转变为自由态,从网络中释放出来。
F ig.6是PAA含量不同的凝胶样品的溶胀度随温度的变化曲线,凝胶出现最小溶胀度时的温度基本相同,大约也是38～40℃。
结果显示PAA含量越大,在同一温度范围内的溶胀度变化就越大。
N o.8,凝胶样品的溶胀度都随温度的升高而降低,这主要是因为单纯的PVA凝胶的溶胀度随温度的升高而降低,而N o.8凝胶样品中PVA的含量较大,所以其中PVA的溶胀趋势大于PVA和PAA分子之间的相互作用,如PAA分子链上离子间的排斥作用、氢键等。
通过F ig.5,F ig.6结果分析可以认为具有化学交联网络结构的凝胶在约38℃处存在一个临界温度T c,低于T c时,凝胶网络与水分子之间主要是羧基、羟基与水分子形成的氢键的作用,即凝胶的吸水性是依赖于氢键的作用。
随着温度的升高,凝胶网络分子间和分子内侧基间的亲和作用逐渐加强,发生脱水作用而使大分子开始收缩。
高于T c后,凝胶内PAA分子链上羧基电离为羧基离子产生的静电排斥作用占主导地位,致使网络张开, PVA和PAA之间的氢键减弱,凝胶溶胀。
随着温度的升高,羧基的电离度增大,凝胶中聚离子(-COO-)的浓度越大,网络受到的静电排斥作用就越大,凝胶的吸水性也就越好,F ig.6结果也可说明这一点。