聚乙烯醇(PVA)水凝胶的制备及应用ppt课件
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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
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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
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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。
14
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。
膜置于５０℃真空烘箱中干燥至恒重．
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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。
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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。
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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。
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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
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• 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。
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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
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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
③冷冻条件
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。
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
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。
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物理交联法
• 影响因素：
①PVA分子量 ②PVA浓度
④解冻条件
⑤循环次数
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PVA水凝胶的制备方法
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
Байду номын сангаас
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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。
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。
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物理交联法
• 改进：将PVA 溶解在
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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
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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。
聚乙烯醇（PVA）水凝胶的制 备及应用
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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。
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
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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
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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。
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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。
膜置于５０℃真空烘箱中干燥至恒重．
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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。
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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。
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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。
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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
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• 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。
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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
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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
③冷冻条件
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。
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
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。
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物理交联法
• 影响因素：
①PVA分子量 ②PVA浓度
④解冻条件
⑤循环次数
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PVA水凝胶的制备方法
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
Байду номын сангаас
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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。
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。
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物理交联法
• 改进：将PVA 溶解在
8
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
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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。
聚乙烯醇（PVA）水凝胶的制 备及应用
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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。