仿生礦化聚乙烯醇復(fù)合膜材料的制備及其力學(xué)性能分析

摘 要： 為了提升聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，PVA）膜材料的力學(xué)性能，采用仿生礦化策略引入羧甲基殼聚糖（Carboxymethyl chitosan，CMC）和磷酸鈣寡聚體（Calcium phosphate oligomer，CPO），通過有機(jī)無(wú)機(jī)共聚制備新型PVA復(fù)合膜材料（PVA/CMC/CPO films，PCC）；對(duì)PCC膜的形貌、親疏水性、結(jié)晶性、熱穩(wěn)定性、流變性以及力學(xué)性能等進(jìn)行表征，并分析CPO含量對(duì)PCC膜材料性質(zhì)的影響。結(jié)果表明：PVA、CMC可誘導(dǎo)CPO礦化形成羥基磷灰石（Hydroxyapatite， HAP）纖維，形成有機(jī)無(wú)機(jī)PVA復(fù)合膜材料，有效提高了PAV、CMC和CPO在膜材料內(nèi)的均勻分布，提高了PCC膜的疏水性、熱穩(wěn)定性，并維持其良好的光透過率（85.3%）；摻入24% CPO的PCC膜材料彈性模量可達(dá)33.1 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)823%。該研究制備的PVA復(fù)合膜材料具有良好的力學(xué)性能，在功能材料領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：仿生礦化；有機(jī)無(wú)機(jī)共聚；聚乙烯醇；羧甲基殼聚糖；磷酸鈣寡聚體；力學(xué)性能

中圖分類號(hào)：TB332

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-3851 （2025） 03-0175-10

引文格式：鄭智建，張晶晶，孔祥東，等. 仿生礦化聚乙烯醇復(fù)合膜材料的制備及其力學(xué)性能分析［J］. 浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2025，53（2）：175-184.

Reference Format： ZHENG Zhijian，ZHANG Jingjing，KONG Xiangdong，et al. Preparation and mechanical property analysis of a biomimetic mineralized polyvinyl alcohol composite film［J］. Journal of Zhejiang Sci-Tech University，2025，53（2）：175-184.

Preparation and mechanical property analysis of a biomimetic mineralized polyvinyl alcohol composite film

ZHENG Zhijian， ZHANG Jingjing， KONG Xiangdong， ZHAO Ruibo

（School of Materials Science amp; Engineering， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：To improve the mechanical properties of polyvinyl alcohol （PVA） films， carboxymethyl chitosan （CMC） and calcium phosphate oligomer （CPO） were introduced by biomimetic mineralization strategy. A novel PVA film （PVA/CMC/CPO film， PCC） was prepared by organic and inorganic copolymerization. The morphology， hydrophilicity， crystallinity， thermal stability， rheology and mechanical properties of PCC films were tested and characterized， and the influence of CPO content on the material properties of the PCC film was studied. The results showed that PVA and CMC induced the mineralization of CPO to form hydroxyapatite （HAP） fibers， resulting in organic and inorganic PVA composite membrane materials. This effectively improved the uniform distribution of PVA， CMC， and CPO within the membrane materials， enhancing the hydrophobicity and thermal stability of the PCC film while maintaining good light transmittance at 85.3%. Notably， the elastic modulus of the PCC film containing 24% CPO reached 33.1 MPa， and the elongation at break reached 823%. The PCC composite film prepared in this study demonstrates good mechanical properties and shows promising application prospects in the field of functional materials.

Key words：biomimetic mineralization; organic-inorganic copolymerization; polyvinyl alcohol; carboxymethyl chitosan; calcium phosphate oligomers; mechanical property

0 引 言

聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol， PVA）因其低毒性、生物兼容性，在藥物遞送^［1］、傷口敷料^［2］、食品包裝^［3-4］等功能材料領(lǐng)域中備受關(guān)注。此外，PVA因其良好的光學(xué)透明性和成膜性等優(yōu)點(diǎn)，在薄膜醫(yī)用材料研究中具有良好的應(yīng)用潛力^［5-6］。然而，PVA膜材料的力學(xué)性能較差，一般需通過添加聚合物^［7］、納米材料^［8］增強(qiáng)PVA膜的力學(xué)性能。例如，以甘油為增塑劑，采用再生纖維素與PVA共混，利用再生纖維素與PVA間的分子間作用有效提升膜的力學(xué)性能^［9］；通過擠出吹塑法，以醋酸鈣（Calcium acetate， CA）為螯合劑，甘油為增塑劑，構(gòu)建CA、淀粉和PVA之間強(qiáng)金屬有機(jī)配位，可制備具有良好力學(xué)性能的PVA膜材料^［10］。……