聚乙烯醇(PVA)水凝胶的制备及应用-PPT.ppt

聚乙烯醇(PVA)水凝胶的制备及应用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。2PVA水凝胶的制备方法物理交联法化学交联法反复冷冻法冻结部分脱水法辐射交联化学试剂交联3物理交联法反复冷冻法：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。4物理交联法冻结冻结部分脱水法：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。5物理交联法特点：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可逆的。优点：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，方法简单方法简单。经反复解冻，水凝胶具有高强度高弹性，含水率高高强度高弹性，含水率高。缺点：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，交联网状结构不是很牢固，受外界影响较大受外界影响较大，聚合物的交联分布不均匀交联分布不均匀，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光学透明性不好，并且交联度难于控制交联度难于控制。制备过程一般都需要几天时间，设备耗能大，制作周期长设备耗能大，制作周期长，所得水凝胶力力学性能也相对较差学性能也相对较差。6改进：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、高含水且透明透明的PVA 水凝胶。物理交联法7物理交联法影响因素：影响因素：PVAPVA分子量分子量 PVAPVA浓度浓度 冷冻条件冷冻条件 解冻条件解冻条件 循环次数循环次数 有研究表明：有研究表明：PVA水凝胶的拉伸强度和拉伸模量随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。所以常用浓度在常用浓度在7%7%15%15%之之间间。冷冻温度不仅影响冷冻动力学而且影响界面间相平衡，-20-20是常用的冷冻温度是常用的冷冻温度。8大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流9物理交联法所需设备仪器（大概）：所需设备仪器（大概）：电子天平电子天平恒温水（油）浴箱（带磁力搅拌）恒温水（油）浴箱（带磁力搅拌）恒温磁力搅拌器恒温磁力搅拌器相关模具相关模具冷冻存储箱冷冻存储箱or冰箱冰箱相关容器等相关容器等10化学交联法化学试剂交联：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。举例：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 称取聚乙烯醇，量取蒸馏水，加入三口瓶中，在温度下搅拌溶解，缓慢加入环氧氯丙烷，待完全溶解后加入氢氧化钾（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，室温下静置用的蒸馏水洗涤水凝胶膜直至洗液呈中性，将水凝胶膜置于真空烘箱中干燥至恒重11化学试剂交联优点：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：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，难以得到高纯度难以得到高纯度PVA PVA 交联产物交联产物；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难以控制交联度。透明性不好，含水量不高。透明性不好，含水量不高。12化学试剂交联影响因素：影响因素：PVAPVA聚合度、醇解度等分子结构参数聚合度、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交联剂用量、疏水单体用量等化学组成13化学试剂交联所需设备仪器（大概）：所需设备仪器（大概）：电子天平电子天平恒温水（油）浴箱（带磁力搅拌）恒温水（油）浴箱（带磁力搅拌）真空烘箱真空烘箱相关容器等相关容器等14辐射交联辐射交联：辐射交联：是利用-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。15辐射交联优点：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交联点分布均匀，并且交联度易于控制交联度易于控制，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无需添加引发剂或交联剂，产物纯度高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可同步实现消毒的作用，辐射交联时间短，辐射交联时间短，节约能源节约能源，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。射线（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。16辐射交联影响因素：影响因素：O2添加剂添加剂辐射类型辐射类型聚合物的结晶度聚合物的结晶度溶剂溶剂温度等温度等17辐射交联所需设备仪器（大概）：所需设备仪器（大概）：电子天平电子天平辐射源（如辐射源（如60CO射线辐射源、电子加速器射线辐射源、电子加速器）相关容器等相关容器等18