聚乙烯醇水凝膠的制備及其溶脹性能

孟立山，詹秀環(huán)，姚新建

（1.周口師范學院化學系，河南 周口466001；2.周口市安全生產培訓中心，河南 周口466000）

聚乙烯醇水凝膠的制備及其溶脹性能

孟立山1,2，詹秀環(huán)1，姚新建1

（1.周口師范學院化學系，河南 周口466001；2.周口市安全生產培訓中心，河南 周口466000）

以硼砂為交聯(lián)劑，采用化學交聯(lián)法制備了聚乙烯醇（PVA）水凝膠。通過測試PVA水凝膠的溶脹性能，討論了聚乙烯醇與交聯(lián)劑的最佳配比，以及鹽濃度、溫度、交聯(lián)劑對其溶脹率的影響。結果表明，隨著交聯(lián)劑用量的增加，PVA水凝膠的溶脹率逐漸增大，當達到最大值時，又隨著交聯(lián)劑的增加而降低。隨著鹽濃度的增加，PVA水凝膠的溶脹率逐降低。PVA水凝膠沒有溫度敏感性。

聚乙烯醇；硼砂；水凝膠

水凝膠具有軟而濕的特點，因而具有優(yōu)良的生物相容性，并在藥物釋放系統(tǒng)，仿生材料，傷口敷料等領域有著非常廣泛的應用前景。Yoshiif等人通過電子輻照獲得PVA和PEO共混凝膠，將它用作傷口敷料與普通紗布相比，除了給予傷口一個濕環(huán)境外，更重要的優(yōu)點是：(1)傷口愈合速度明顯加快；(2)在拆換的過程中對再生的皮膚表面沒有任何傷害；(3)不會有任何材料殘余在傷口內。

聚乙烯醇水凝膠有化學交聯(lián)和物理交聯(lián)2種制備方法。化學交聯(lián)又有輻射交聯(lián)和化學試劑兩種方式。化學試劑交聯(lián)是指采用化學交聯(lián)劑使聚乙烯醇水分子間發(fā)生化學交聯(lián)而形成凝膠。目前，因二甲基亞砜與水混合液中的聚乙烯醇凝膠有良好的膠粘性、持水性和透明性，許多人已對其進行了深入的研究 ，但是，如果將聚乙烯醇凝膠用于醫(yī)藥則凝膠中不得含有有毒的二甲亞砜。因此，本文中我們主要研究在水溶液中聚乙烯醇水凝膠的制備，并討論了它的溶脹特性。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

聚乙烯醇（PVA）（化學純）、硼酸（分析純）、氫氧化鈉（分析純）、氯化鈉(分析純)。AL204電子天平、電子萬用爐、電熱恒溫水浴鍋、電熱鼓風干燥箱等。

1.2 水凝膠的制備

用量筒量取50mL蒸餾水，倒入250mL燒杯中，將燒杯放在電子萬用爐上。待燒杯內水溫達到85℃時首先向燒杯內加入適量已稱取的聚乙烯醇，用攪拌棒攪拌使其完全溶解，然后將已完全溶解的氫氧化鈉和硼酸混合液加入燒杯中。在攪拌的條件下，使其與聚乙烯醇水溶液混合。冷卻后即可制得聚乙烯醇水凝膠。

1.3 水凝膠溶脹性能的測試

將制備的聚乙烯醇水凝膠試樣放入烘箱內干燥直至恒重，稱重。然后，將干膠放入蒸餾水或鹽水中，待溶脹平衡后，稱量濕凝膠的質量。溶脹率按下式計算：

Mw-溶脹平衡后濕凝膠的質量；Ms-干凝膠的質量。

2 結果與討論

2.1 交聯(lián)劑用量對聚乙烯醇水凝膠溶脹性能的影響

將硼酸和聚乙烯醇以不同比例分別制備聚乙烯醇水凝膠，測定不同百分比的硼酸用量對凝膠吸水率的影響得圖(1)。從圖(1)可以看到，在硼酸用量較少時，聚乙烯醇水凝膠的溶脹率隨著硼酸用量的增加而增大。這是由于硼酸用量太少時，聚乙烯醇不能有效交聯(lián)，在水中溶解損失；隨著交聯(lián)劑用量的增加，故其溶脹率也隨之增加。

圖1 交聯(lián)劑用量對聚乙烯醇水凝膠

2.2 聚乙烯醇水凝膠的溶脹動力學

固定硼酸和聚乙烯醇的配比為6∶80,制備聚乙烯醇水凝膠。測定聚乙烯醇水凝膠溶脹率隨時間的變化關系，如圖(2)所示，從圖(2)中可以看出，聚乙烯醇水凝膠的溶脹率隨時間的延長而增加，30h后基本保持恒定。說明此時凝膠已達溶脹平衡。

圖2 時間對聚乙烯醇水凝膠溶脹性能的影響

2.3 鹽水濃度對聚乙烯醇水凝膠溶脹性能的影響

固定硼酸和聚乙烯醇的配比為 6:80,制備聚乙烯醇水凝膠，測定聚乙烯醇水凝膠溶脹率在氯化鈉鹽水溶液中的溶脹情況。氯化鈉鹽水濃度對聚乙烯醇水凝膠溶脹性能的影響如圖（3）所示。當保持其他條件不變時，聚乙烯醇水凝膠的溶脹率隨著鹽水濃度的增大而降低，在蒸餾水中的溶脹率最高。

聚乙烯醇水凝膠之所以具有溶脹性是基于在凝膠內外產生的滲透壓。由于凝膠內、外部溶液濃度不同，在內外兩側之間產生滲透壓。由于外部溶液濃度低于內部溶液濃度，所以水會自外部溶液進入凝膠，凝膠具有吸水性。并且兩者的濃度差別越大，產生的滲透壓也越大，溶脹性能也越好。隨著鹽水濃度的不斷增加，兩者的濃度差別越來越減小,產生的滲透壓也越來越小，溶脹性能就越來越差。

圖3 鹽水濃度對聚乙烯醇水凝膠溶脹性能的影響

2.4 溫度對聚乙烯醇水凝膠溶脹性能的影響

固定硼酸和聚乙烯醇的配比為6∶80,制備聚乙烯醇水凝膠。測定聚乙烯醇水凝膠溶脹率在不同溫度 1%氯化鈉水溶液中的溶脹情況；溫度對聚乙烯醇溶脹性能的影響如圖(4)所示。溫度對聚乙烯醇水凝膠的溶脹性能基本上沒有影響。在較高溫度下聚乙烯醇水凝膠仍具有較好的溶脹性能。

圖4 溫度對聚乙烯醇水凝膠溶脹性能的影響

3 結論

(1)本實驗中，聚乙烯醇水凝膠的溶脹性能隨著硼酸交聯(lián)劑用量的增加而增加，而且以硼酸和聚乙烯醇的配比為6∶80時，聚乙烯醇水凝膠的溶脹性能最好。

(2)聚乙烯醇水凝膠的溶脹性能隨著鹽水濃度的增加而降低。這說明聚乙烯醇水凝膠的溶脹性能對外界溶液濃度具有一定的敏感性。

(3)溫度對聚乙烯醇水凝膠的溶脹性能沒有影響。

[1] 潘育松，熊黨生，陳曉林，等.聚乙烯醇水凝膠的制備及性能[J].高分子材料科學與工程，2007,23(6)：228-231.

[2] 鄭凱，何吉宇，陳丹萍，等.雙螺桿擠出法制備聚乙烯醇水凝膠及其表征[J].高分子材料科學與工程，2006，22(5)：189-192.

Preparation of Polyethylene(PVA) Hydrogel and its Properties

MENG Li-shan1,2，ZHAN Xiu-han1，YAO Xin-jian1
(1.Department of Chemistry, Zhoukou Normal University, Zhoukou 466001, China;2. Production Safety and Supervision and Administration of Zhoukou, Zhoukou 466000, China)

Polyethylene(PVA) hydrogel was prepared by chemical crosslinking with borax as the crosslinker. The influence of the best ratio of PVA to crosslinker, salt concentration, temperature and crosslinker on the swelling ratio, was studied. The results showed that with the increase of crosslinker, the swelling ratio of polyethylene hydrogel gradually increased, and when reached maximum,then decrease with the increase of crosslinker. With the increase of salt concentration, the swelling ratio of PVA hydrogel decreased gradually. PVA hydrogel was not temperature sensitive.

Polyethylene(PVA)；borax；hydrogel

TQ 314.253

A

1671-9905(2010)08-0013-02

河南省教育廳2010年度自然科學研究計劃項目(2010B150032)

孟立山，（1982-），男，河南省沈丘縣人，助理工程師

姚新建，（1965-），男，河南省扶溝縣人，教授，研究方向：功能高分子

2010-05-26