聚乙烯醇水凝胶的制备及应用进展

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1、万方数据第27卷第6期2001年12月东华大学学报(自然科学版)JOURNALOFDONGHUAUNIVERSI’11YVol27．No6Dec．200I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o#大学纤维材料政竹：国家重点实验室，上海，20305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：T031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uJ。“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

2、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Ⅱj。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。Flory提出了利用单体聚合制造阿络的临界条件，此后，FIory又和ltelmer提出了网络结构的溶胀理论。Eldrldge和Fen'y则研究了热可逆溶胶的凝胶点和聚台物浓度的关系。凝胶按照分散相介质的不同而分为水凝胶(hydra)、醇凝胶(alcogel)和气凝胶(aerogel)等。因此，水凝胶的分散相

3、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【31最早注意到聚乙烯醇(PvA)水溶液的凝胶化现象。由于PVA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。PVA水凝胶在生物医学和工业方面的用途非常广泛。这里就PVA水凝胶最新的制备和应用研究进展作一综述。1PVA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收穑日期：2000一1218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

4、联主要利用电子束、7射线、紫外线等直接辐射PVA溶液．使得PVA分子间通过产生自由基而交联在一起”一61。化学试剂交联则是采用化学交联剂使得PVA分子问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。下面列出了近年来制备PVA水凝胶一些典型实例。1．1辐射交联PeppasN．A等_43利用电子束辐照PVA的水溶液．再经过两次脱水一热处理过程制得了不同结晶度的溶戕的PVA水凝胶。实验表明，经过脱水～热处理过程的PVA水凝胶的机械性能得到了一定程度的加强。Bodugoz等人bo用

5、7射线在空气中以不同的剂量分别对PVA、柠檬酸和水以及PVA、丁二酸和水的三元混合溶液进行辐射处理，结果得到了溶胀度随pH值变化有显著差异的两种PVA水凝胶。当pH值从26变为7．2时，前者的溶胀度由230％变为530％，后者则只从250％变为330％。研究结果还表明辐射的剂量对凝胶化程度有影响。Benlian等【6J通过对20g／L的PVA溶液的7射线辐照．也得到了蓬松的PVA水凝胶。1．2化学试剂交联1．2l戊=醛交联YingA．等【7o利用戊二醛交联制得了含阴离子聚电解质的高度磷酸化的PVA水凝胶，同时实验结果表明PVA水凝胶的水吸收性能随着交联度或结晶度的增大而减小

6、，随磷酸化程度的增大而增大。万方数据6期吴李国等：聚己烯醇水凝胶的制备及应用进展1151．2．2硼酸交联聚乙烯醇对微量的硼化物，特别是对硼酸、硼砂或者过硼酸盐非常敏感。硼酸【81可以直接加入聚乙烯醇溶液中，形成可溶性的络合物，这种络合物一遇到碱即转换为凝胶。台湾的林迎风等【9]也利用硼酸交联，制得了PVA水凝胶。1．2．3环氧氯丙炕交联江波[”1等利用环氧氯丙烷作交联剂，在氢氧化钾溶液中与聚乙烯醇分子反应，制得了吸水量很高、机械强度很好的PVA水凝胶。这是由于环氧氯丙烷可以视作双官能团分子，并且它在碱性环境中易于与羟基发生反应。1．3反复冷冻解冻传统的化学交联和辐射交联制得

7、的PVA水凝胶溶解PVAPVA溶液虽然强度较高，可是含水率较低。日本的南部昌生_11J首先利用反复冷冻解冻法及真空脱水法制得了高强度、高含水率的聚乙烯醇水凝胶，但是其透明度较差。日本Hyon等人““用水和水溶性有机溶剂，如DMSO，通过玲冻处理得到透光率高的PVA水凝胶。他们把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，则得到了具有高伸张强度、高含水且透明的PVA水凝胶。此后，TakigawaT．等