聚乙烯醇水凝胶的发展现状及研究方向

调 研 报 告

——聚乙烯醇水凝胶的发展现状及研究方向

1．研究背景

高分子凝胶是基础研究以及技术领域的一种重要材料。凝胶是指溶胀了的高分子聚合物相互联结，形成三维空间网状结构，又在网状结构的空隙中填充了液体介质的分散体系．近几年，高分子水性凝胶(又被称为水凝胶)的研究获得了极大的重视。水凝胶是一种网络结构中含有大量水而不溶于水的高分子聚合物，具有良好的柔软性、弹性、储液能力和生物相容性，在生物医学和生物工程中具有广泛的用途。

自从20世纪70年代末，美国Tanaka发现凝胶的体积相变现象以来，响应型凝胶（responsive hydrogel）作为一类新兴的智能材料，尤其是作为软湿件材料 成为智能高分子材料中的重要研究领域，在医药和生物工程中有着广泛的应用．当环境的pH值、离子浓度、温度、光照和电磁场或特定化学物质发生变化时，凝胶的体积也随之发生变化，有时还出现相的转变．这种体积的急剧扩张或收缩的变化是可逆的、不连续的，这种现象称为凝胶的敏感性 ．正是由于高分子水凝胶环境刺激响应这一智能化功能，使其在许多领域得以广泛的研究和应用。目前对于响应型凝胶的研究主要还集中在以温度、环境的pH值、离子浓度等激发因素为主。 2．PVA基水凝胶发展现状

PVA是一种高度亲水的水溶性聚合物，PVA水凝胶的制备方法主要分为物理交联法(冰冻一熔融法 与冰冻一真空脱水法 ')与化学交联法(化学试剂交联与辐射交联 )两种。由于PVA水凝胶有着很好的生物相容性，低毒性，较高的机械强度和极好的吸水性，其在生物医药领域的应用研究获得了很高的重视，可以用作人工肾、渗透膜、接触性镜片、伤口绷带和敷料、组织工程以及药物释放体系等等。因此，对于PVA水凝胶的制备研究很有意义。 2.1 目前对PVA水凝胶的研究主要集中在如下几个方面：

1、从基础研究的角度，对其凝胶过程中水的结合情况，体系的应力变化，动力学等方面进行考察。

2、将PVA与其它聚合物共混形成互穿网络结构制备水凝胶。

3、对PVA的侧链接枝得到新的聚合物制备水凝胶。 4、将PVA与其他材料制成凝胶复合材料。

利用PVA制备响应型水凝胶的报道一般以温敏型水凝胶为主，主要采用的方法仍为上述几种方法。将PVA离子化制备离子化PVA，并采用电纺工艺将其制成膜的报道并不多见。故考虑可以将之作为今后的一个研究方向。 3. PVA基响应型水凝胶膜（responsive hydrogel membrane）的制备方案 3.1 原理 温敏水凝胶是分子中含有一定比例的亲水基团和疏水基团，温度的变化可以影响这些基团的疏水相互作用以及氢键作用，从而使凝胶的网络结构改变，导致发生体积相转变的一类凝胶，其体积发生相变的温度称为“临界相变温度”。低于LCST，温敏凝胶在水溶液中溶胀，随着温度升高，达到LCST时，凝胶发生体积相变而收缩，溶胀和收缩时的体积比为溶胀比，所以凝胶的LCST和溶胀比是决定其应用的关键因素，也是设计温敏凝胶的主要参数。 3.2 缩醛化PVA的制备

将PVA和乙醛发生缩醛化反应（反应方程式略）。本步骤的目的是将一定比例的亲水基团羟基通过缩醛化反应转化为疏水基团，使得分子中含有一定比例的亲水和疏水基团，从而具有温敏性。 3.3 正离子PVA的制备

利用部分缩醛化PVA链上的羟基，和环氧丙基三甲基氯化铵(GTMAC)中的环氧基团反应将PVA离子化：

对产物进行核磁共振(NMR)表征，确认获得目标产物。

本步骤的目的是将PVA离子化，从而使之具有盐敏性，同时带有少量正电荷的PVA更容易吸附到带负电的材料表面，对材料表面进行改性，具有更广泛的应用。

3.4 正离子PVA基响应性纤维的制备

利用前期工作的产物，通过电纺工艺制备正离子PVA基响应性纤维。对所得纤维的温度、pH值、离子浓度，电场强度敏感性进行分析研究。并对所得纤维进行SEM，DSC等表征。

3.5 利用电纺工艺制备正离子PVA基膜

利用电纺工艺制备正离子PVA基膜（具体工艺过程有待进一步论证完善），对所得膜的外部形态的影响因素、对各种刺激的响应性进行分析研究。

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