聚乙烯醇(PVA)水凝胶的制备及应用
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。
PVA水凝胶
主要内容：聚乙烯醇（PVA）水凝胶由于良好的理化和生物性能，在近几十年里得到极大的发展。
透明的PVA水凝胶作为人工角膜和接触眼镜材料，具有很好的抗拉强度、断裂拉伸率、含水率、氧渗透能力以及较低的蛋白质吸附性能。
PVA水凝胶的合成可用物理交联法制备。
物理交联目前报导中使用最多的是“反复冷冻解冻法”。
主要制备方法：实验用品主要为聚乙烯醇(PVA)聚合度1700士50，醇解度99．9％，二甲基亚砜(DMSO，分析纯)，本实验中所用水均为去离子水。
将PVA颗粒倒入不同浓度的DMSO水溶液中，在90℃恒温水浴中分别溶解3h，制成PVA与DMSO／H20质量比为20 ：100的PVA／DMSO／H20溶液。
称取该溶液13．0g，倒人模具中，超声波除去气泡，放人冰箱，在-18℃下冷冻7h，然后取出在室温下解冻3h，如此循环7次。
将冷冻解冻后的PVA水凝胶放人去离子水中，在37．5℃恒温水浴箱中充分洗涤浸泡(换水、超声数次)，即制得PVA水凝胶膜。
性能测试：1.含水率测试剪取一定量的水凝胶膜，用滤纸吸去表面水后称重(记为W2)，再放入105℃烘箱中烘干至恒重，称量其质量(记为W1)，计算出PVA水凝胶的含水率，其计算公式为：（W2-W1）/W22.PVA水凝胶透光率的测量分别选择可见光的不同波长(425、450、485、550、590、600、700nm)使用紫外一可见分光光度仪测量经过充分溶涨的PVA水凝胶膜的透光率T．因人工角膜、接触眼镜厚度一般为0．5mm左右，所以根据水凝胶膜的实际厚度d校正为0．5mm厚的PVA水凝胶的透光率Ta，所用公式为：3.PVA水凝胶力学性能的测量将PVA水凝胶膜按照国标GB／T 1040—1992塑料拉伸性能试验方法制样，用万能试验机测量其抗拉强度和断裂伸长率，拉伸速率为500mm ／min，测量温度20℃，测量湿度71％创新点：（１）初戴舒适性好，容易被患者所接受（含水、柔软）。
水凝胶实验报告
一、实验目的1. 了解水凝胶的基本概念和制备方法。
2. 掌握水凝胶的表征方法。
3. 研究不同制备方法对水凝胶性能的影响。
4. 分析水凝胶在生物医学、环境治理等领域的应用前景。
二、实验材料与仪器1. 实验材料：聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠（SA）、丙烯酸（AA）、氢氧化钠（NaOH）、氯化钙（CaCl2）、无水乙醇、蒸馏水等。
2. 实验仪器：恒温水浴锅、磁力搅拌器、电子天平、分析天平、烧杯、滴定管、移液器、剪刀、烘箱、电热鼓风干燥箱、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等。
三、实验方法1. 水凝胶的制备（1）PVA/SA水凝胶的制备将一定量的PVA溶解于蒸馏水中，加热搅拌至完全溶解。
待溶液冷却至室温后，加入一定量的NaOH溶液，调节pH值至7-8。
然后加入一定量的SA溶液，搅拌均匀。
将混合液倒入培养皿中，放入烘箱中干燥，得到PVA/SA水凝胶。
（2）PVA/AA水凝胶的制备将一定量的PVA溶解于蒸馏水中，加热搅拌至完全溶解。
待溶液冷却至室温后，加入一定量的NaOH溶液，调节pH值至7-8。
然后加入一定量的AA溶液，搅拌均匀。
将混合液倒入培养皿中，放入烘箱中干燥，得到PVA/AA水凝胶。
2. 水凝胶的表征（1）扫描电子显微镜（SEM）观察水凝胶的微观结构。
（2）傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析水凝胶的官能团。
（3）测量水凝胶的溶胀率和力学性能。
四、实验结果与分析1. SEM观察PVA/SA水凝胶的微观结构呈现为多孔状，孔径大小不一，有利于物质的传输。
PVA/AA水凝胶的微观结构呈现为均匀的网状结构，有利于提高水凝胶的力学性能。
2. FTIR分析PVA/SA水凝胶和PVA/AA水凝胶在红外光谱中均出现了PVA的特征吸收峰，同时SA 和AA的特征吸收峰也得到了体现。
这表明水凝胶中PVA、SA和AA的化学键得到了有效连接。
3. 溶胀率和力学性能PVA/SA水凝胶的溶胀率较高，可达200%以上，具有良好的水溶性和生物相容性。
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。
聚乙烯醇水凝胶的制备及应用(共18张PPT)
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。
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。
凝胶的结构与性能类似于反复冻结法。 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：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；
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。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
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
聚乙烯醇（PVA）水凝胶的制备及应用
①PVA分子量
②脱水法：是将PVA 水溶液冷冻后 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。
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
水凝胶导电实验报告
1. PVA/AA导电水凝胶的制备过程中，AA含量和pH值是影响导电性能的主要因素。
2. 海藻酸钠/NaCl导电水凝胶的制备过程中，NaCl浓度和海藻酸钠含量是影响导电性能的主要因素。
3. 通过调整水凝胶的制备工艺，可以有效调控其导电性能，为导电水凝胶的制备和应用提供理论依据。
六、实验展望
（7）蒸馏水
2. 实验仪器：
（1）电子天平
（2）磁力搅拌器
（3）超声波清洗器
（4）电导率仪
（5）恒温水浴锅
（6）恒温干燥箱
三、实验方法
1. PVA/AA导电水凝胶的制备：
（1）称取一定量的PVA，加入适量蒸馏水，在恒温水浴锅中加热溶解，搅拌均匀。
（2）将溶解后的PVA溶液冷却至室温，逐滴加入一定浓度的AA溶液，同时滴加氨水调节pH值至8.5。
（2）将溶解后的海藻酸钠溶液冷却至室温，逐滴加入NaCl溶液，搅拌均匀。
（3）将混合溶液倒入培养皿中，在恒温干燥箱中干燥成膜。
（4）将干燥后的膜剪成小块，浸泡在1mol/L的NaCl溶液中，使其充分吸水。
3. 测试导电性能：
（1）将制备好的水凝胶水凝胶的导电性能，记录数据。
（3）将混合溶液在磁力搅拌器上搅拌30分钟，形成均匀的乳液。
（4）将乳液倒入培养皿中，在恒温干燥箱中干燥成膜。
（5）将干燥后的膜剪成小块，浸泡在1mol/L的NaCl溶液中，使其充分吸水。
2. 海藻酸钠/NaCl导电水凝胶的制备：
（1）称取一定量的海藻酸钠，加入适量蒸馏水，在恒温水浴锅中加热溶解，搅拌均匀。
四、实验结果与分析
1. PVA/AA导电水凝胶的导电性能：
（1）随着AA含量的增加，导电性能逐渐提高。
聚乙烯醇PVA水凝胶的制备及应用ppt课件
化学试剂交联 11
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
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
化学试剂交联
13
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14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。
物理交联法
5
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6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：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
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。
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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
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。
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。
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
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
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
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。
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
物理交联法
• 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
• 影响因素：
①PVA分子量 ④解冻条件 ②PVA浓度 ⑤循环次数 ③冷冻条件
辐射交联Байду номын сангаас
• 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。
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
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。