孟立山，詹秀环，姚新建

（1.周口师范学院化学系，河南 周口466001；2.周口市安全生产培训中心，河南 周口466000）

聚乙烯醇水凝胶的制备及其溶胀性能

孟立山1,2，詹秀环1，姚新建1

（1.周口师范学院化学系，河南 周口466001；2.周口市安全生产培训中心，河南 周口466000）

以硼砂为交联剂，采用化学交联法制备了聚乙烯醇（PVA）水凝胶。通过测试PVA水凝胶的溶胀性能，讨论了聚乙烯醇与交联剂的最佳配比，以及盐浓度、温度、交联剂对其溶胀率的影响。结果表明，随着交联剂用量的增加，PVA水凝胶的溶胀率逐渐增大，当达到最大值时，又随着交联剂的增加而降低。随着盐浓度的增加，PVA水凝胶的溶胀率逐降低。PVA水凝胶没有温度敏感性。

聚乙烯醇；硼砂；水凝胶

水凝胶具有软而湿的特点，因而具有优良的生物相容性，并在药物释放系统，仿生材料，伤口敷料等领域有着非常广泛的应用前景。Yoshiif等人通过电子辐照获得PVA和PEO共混凝胶，将它用作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)伤口愈合速度明显加快；(2)在拆换的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。

聚乙烯醇水凝胶有化学交联和物理交联2种制备方法。化学交联又有辐射交联和化学试剂两种方式。化学试剂交联是指采用化学交联剂使聚乙烯醇水分子间发生化学交联而形成凝胶。目前，因二甲基亚砜与水混合液中的聚乙烯醇凝胶有良好的胶粘性、持水性和透明性，许多人已对其进行了深入的研究 ，但是，如果将聚乙烯醇凝胶用于医药则凝胶中不得含有有毒的二甲亚砜。因此，本文中我们主要研究在水溶液中聚乙烯醇水凝胶的制备，并讨论了它的溶胀特性。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

聚乙烯醇（PVA）（化学纯）、硼酸（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、氯化钠(分析纯)。AL204电子天平、电子万用炉、电热恒温水浴锅、电热鼓风干燥箱等。

1.2 水凝胶的制备

用量筒量取50mL蒸馏水，倒入250mL烧杯中，将烧杯放在电子万用炉上。待烧杯内水温达到85℃时首先向烧杯内加入适量已称取的聚乙烯醇，用搅拌棒搅拌使其完全溶解，然后将已完全溶解的氢氧化钠和硼酸混合液加入烧杯中。在搅拌的条件下，使其与聚乙烯醇水溶液混合。冷却后即可制得聚乙烯醇水凝胶。

1.3 水凝胶溶胀性能的测试

将制备的聚乙烯醇水凝胶试样放入烘箱内干燥直至恒重，称重。然后，将干胶放入蒸馏水或盐水中，待溶胀平衡后，称量湿凝胶的质量。溶胀率按下式计算：

Mw-溶胀平衡后湿凝胶的质量；Ms-干凝胶的质量。

2 结果与讨论

2.1 交联剂用量对聚乙烯醇水凝胶溶胀性能的影响

将硼酸和聚乙烯醇以不同比例分别制备聚乙烯醇水凝胶，测定不同百分比的硼酸用量对凝胶吸水率的影响得图(1)。从图(1)可以看到，在硼酸用量较少时，聚乙烯醇水凝胶的溶胀率随着硼酸用量的增加而增大。这是由于硼酸用量太少时，聚乙烯醇不能有效交联，在水中溶解损失；随着交联剂用量的增加，故其溶胀率也随之增加。

图1 交联剂用量对聚乙烯醇水凝胶

2.2 聚乙烯醇水凝胶的溶胀动力学

固定硼酸和聚乙烯醇的配比为6∶80,制备聚乙烯醇水凝胶。测定聚乙烯醇水凝胶溶胀率随时间的变化关系，如图(2)所示，从图(2)中可以看出，聚乙烯醇水凝胶的溶胀率随时间的延长而增加，30h后基本保持恒定。说明此时凝胶已达溶胀平衡。

图2 时间对聚乙烯醇水凝胶溶胀性能的影响

2.3 盐水浓度对聚乙烯醇水凝胶溶胀性能的影响

固定硼酸和聚乙烯醇的配比为 6:80,制备聚乙烯醇水凝胶，测定聚乙烯醇水凝胶溶胀率在氯化钠盐水溶液中的溶胀情况。氯化钠盐水浓度对聚乙烯醇水凝胶溶胀性能的影响如图（3）所示。当保持其他条件不变时，聚乙烯醇水凝胶的溶胀率随着盐水浓度的增大而降低，在蒸馏水中的溶胀率最高。

聚乙烯醇水凝胶之所以具有溶胀性是基于在凝胶内外产生的渗透压。由于凝胶内、外部溶液浓度不同，在内外两侧之间产生渗透压。由于外部溶液浓度低于内部溶液浓度，所以水会自外部溶液进入凝胶，凝胶具有吸水性。并且两者的浓度差别越大，产生的渗透压也越大，溶胀性能也越好。随着盐水浓度的不断增加，两者的浓度差别越来越减小,产生的渗透压也越来越小，溶胀性能就越来越差。

图3 盐水浓度对聚乙烯醇水凝胶溶胀性能的影响

2.4 温度对聚乙烯醇水凝胶溶胀性能的影响

固定硼酸和聚乙烯醇的配比为6∶80,制备聚乙烯醇水凝胶。测定聚乙烯醇水凝胶溶胀率在不同温度 1%氯化钠水溶液中的溶胀情况；温度对聚乙烯醇溶胀性能的影响如图(4)所示。温度对聚乙烯醇水凝胶的溶胀性能基本上没有影响。在较高温度下聚乙烯醇水凝胶仍具有较好的溶胀性能。

图4 温度对聚乙烯醇水凝胶溶胀性能的影响

3 结论

(1)本实验中，聚乙烯醇水凝胶的溶胀性能随着硼酸交联剂用量的增加而增加，而且以硼酸和聚乙烯醇的配比为6∶80时，聚乙烯醇水凝胶的溶胀性能最好。

(2)聚乙烯醇水凝胶的溶胀性能随着盐水浓度的增加而降低。这说明聚乙烯醇水凝胶的溶胀性能对外界溶液浓度具有一定的敏感性。

(3)温度对聚乙烯醇水凝胶的溶胀性能没有影响。

[1] 潘育松，熊党生，陈晓林，等.聚乙烯醇水凝胶的制备及性能[J].高分子材料科学与工程，2007,23(6)：228-231.

[2] 郑凯，何吉宇，陈丹萍，等.双螺杆挤出法制备聚乙烯醇水凝胶及其表征[J].高分子材料科学与工程，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

河南省教育厅2010年度自然科学研究计划项目(2010B150032)

孟立山，（1982-），男，河南省沈丘县人，助理工程师

姚新建，（1965-），男，河南省扶沟县人，教授，研究方向：功能高分子

2010-05-26