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1、聚乙烯醇水凝胶及其应用现状报告一、前言聚乙烯醇(PVA)是一种用途广泛的水溶性高分子。其性能介于橡胶和塑料之间，非常独特，具有较为良好的强力粘接性、耐油性、胶体保护性、平滑性、气体阻绝性、耐溶剂性、耐磨性以及经特殊处理具有的耐水性。一、前言水凝胶是一种能在水中溶胀并保持大量水分而又不溶解的聚合物,通过共价键、氢键或范德华力等作用相互交联构成三维网状结构。它是由水溶性分子经过交联后形成，能够在水中溶胀并且保持大量水分而不溶解的胶态物质一、前言聚乙烯醇水凝胶（PVA-H）是高分子水凝胶的一种。它除了具备一般水凝胶的性能外，在物理性质方面比其它任何人工合成材料更接近活体组织，具有高含水量和良好的生物
2、相容性，低毒性，及良好的柔韧性和高弹性对周围细胞组织有优异的力学相容性，在生物医学领域具有广泛的应用。二、基本结构聚乙烯醇是一种通过聚乙烯脂（通常为聚乙烯醋酸脂）的水解作用而得到的长链水溶性高聚物，分子结构式为：通过其结构式可以看出：聚乙烯醇分子具有良好的柔顺性；聚乙烯醇链结构较为规整，易于结晶羟基和羰基赋予聚乙烯醇非常活泼的化学性质和良好的亲水性。二、基本结构在聚乙烯醇水凝胶的网络结构中，具有间同立构的聚乙烯醇分子链主要形成分子间氢键，如图(a)所示，而具有全同立构的分子链主要形成分子内氢键，如图(b)所示。三、聚乙烯醇水凝胶的制备1.化学交联:加入甲醛，戊二醛，对苯二亚甲基醛等醛类固化剂，
3、与PVA 分子中的羟基发生醇醛缩合形成交联点，可使PVA 水凝胶的力学强度和硬度大大提高。2.辐射交联: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。3.物理交联:最常使用的成型方法是冷冻-解冻法，把PVA 水溶液在低温（-20-50）和室温下反复冷冻-解冻，即可制得以物理交联为主的水凝胶，它具有一定的力学强度和良好的弹性，常温下只能被溶胀不能被溶解，将其反复冷冻，解冻几次后，就可使其一些物理性能和机械性能等有很大的改善。四、聚乙烯醇水凝胶的性能1.力学性能1）应力-应变性能PVA凝胶具有很大的应变能力，材料的应变量高达310左右，与高弹类
4、材辩相似。2）拉伸性能PVA水凝胶的拉伸强度和拉伸模量随凝胶的浓度和冷冻一解冻次数的增加而增大。3）压缩和剪切性能 PVA水凝胶的压缩模量与压应变的大小和速率有关，显示了非线形和粘滞性的材料学行为，而剪切模量只与切应变有关，而与应变速率无关四、聚乙烯醇水凝胶的性能2.聚乙烯醇水凝胶的溶胀性能 1)聚乙烯醇水凝胶具有良好的吸水性，一般含水率在7080左右。2)PVA水凝胶吸收溶剂而溶胀包括以下3个过程：第1步是溶剂分子向PVA网络扩散；第2步由溶剂化引起PVA分子链从玻璃态向橡胶态松弛：第3步PVA网络向溶剂扩散。3)PVA水凝胶溶胀时，PVA分子链的松弛影响溶胀行为。PVA水凝胶收缩时，PVA
5、分子链的凝聚引起的结构变化也影响其收缩。五、PVA水凝胶的应用及前沿1.药物释放系统载体作为药物释放体系中的载体是PVA水凝胶的一个重要用途。将低分子药物装在用PVA水凝胶制成的微胶囊里，使低分子药物高分子化，从而改变了传统药剂学的输送释放体系，减少了药物用量，延长了药效时间，从而实现药物的控制释放。在PVA水凝胶冷冻解冻的成型过程中加入了牛血清白蛋白,全程跟踪的紫外光谱表明，在冷冻解冻循环过程中，牛血清白蛋白始终保持着很好的稳定性。研究结果表明，牛血清白蛋白在这种纳米粒子中的释放能够延续30h。五、PVA水凝胶的应用及前沿2.人工软骨PVA水凝胶具有和人体关节软骨类似的生物力学性质和良好的生
6、物相容性，植入人体后能重建平滑的软骨面，部分替代关节软骨，可延缓或阻止创伤性骨关节炎的发作，成为一种极具潜力的人体软骨替换或修复材料。研究表明，在材料的润滑性、生物相容性和对于撞击的吸收性方面，PVA水凝胶明显优于传统的人工软骨材料一一超高分子质量聚乙烯。五、PVA水凝胶的应用及前沿3.伤口敷料PVA水凝胶对机体和组织细胞无任何毒性和刺激作用，PEO/PVA水凝胶敷料与医用纱布敷料相比，伤口愈合时间明显缩短，更换敷料时对新生上皮和肉芽组织无损伤破坏作用，也没有残余物滞留于伤口。PVA水凝胶在伤口敷料方面具有广泛的应用前景。这种伤口敷料与普通纱布相比除了给予伤口一个湿环境外，更重要的优点是：(1
7、)伤口愈合速度明显加快；(2)非常容易拆换，即在拆换过程中对再生的皮肤表面没有任何伤害；(3)不会有任何材料残余在伤口内。五、PVA水凝胶的应用及前沿4.人工细胞微囊化PVA水凝胶薄膜，尤其是经过内部分子结构不对称性改性的PVA水凝胶薄膜在人工细胞微囊化方面具有应用潜力。合成的PVA水凝胶薄膜中有不对称的筛孔，这种不对称性筛孔结构有利于在不改变小分子透过性的前提下改善膜对周围物质尺寸的选择性渗透在生物杂化人工器官和细胞微包囊的应用上具有更优良的运输性质。五、PVA水凝胶的应用及前沿5.防渗透填料将水溶性高分子溶液注入地层，使其在多孔性介质中形成凝胶，从而堵塞商渗透通道或者断层，必将降低开采成本
8、和加大开采效率。专利详细记叙了具体的操作，通过向矿井和贮油区注入PVA(相对分子质量125 000或更高，质量分数2.5)、戊二醛(质量分数0.5)和水的混台溶液，注人前混合溶液在90被预加热4 h；两到二天后，PVA水凝胶就能够形成。由于PVA水凝胶对外加盐n7 J相当稳定，因此这种方法不仅适用于防止淡水渗透，也适用于防止海水渗透。六、小结聚乙烯醇水凝胶的制备和应用研究已经开展了多年，是一种颇具发展潜力和广阔应用前景的生物医学材料。现在某些领域虽然已经开始应用，但大规模商业生产还需要一些关键技术的突破。例如PVA水凝胶的力学强度还不尽如人意；产品的尺寸和外型的稳定性控制仍有较大的困难等。因此，有待改进制备工艺或开发新的制备技术：对于水凝胶的微观结构尚不甚清楚，表征手段还有待于改进，这些都将成为今后PVA水凝胶发展研。谢谢老师的辛勤工作请批评指正