双交联聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶的制备与表征

以聚乙烯醇(PVA)与海藻酸钠(SA)为原料,利用CaCl_2/硼酸溶液进行化学交联,再通过循环冷冻解冻物理交联,制备出PVA/SA水凝胶。分析讨论了水凝胶的交联机理、结构、力学性能、含水率、孔隙率及细胞相容性。红外光谱分析表明,经CaCl_2/硼酸溶液交联后,Ca~(2+)与SA中的-COO~-形成络合,硼酸溶液中B(OH)_4~-与PVA交联形成交联结构,循环冷冻解冻促使了复合水凝胶中分子间和分子内氢键的形成。扫描电镜测试表明,PVA/SA水凝胶内部具有丰富的多孔结构,孔径约5～30μm。水凝胶的性能可通过交联剂浓度等进行调控,其中m(PVA)/m(SA)为8∶2,交联剂质量分数为5%时,水凝胶压缩模量和压缩强度分别达到(121.84±3.03) kPa和(636.18±68.71) kPa;含水率和孔隙率分别为83.73%和79.98%。细胞培养结果表明,双交联PVA/SA水凝胶细胞相容性良好。     

纳米材料掺杂型聚乙烯醇双交联复合水凝胶的力-化学性质

以聚乙烯醇(PVA)为原料,氧化石墨烯(GO)和羟基磷灰石(HA)为共掺杂物,先以戊二醛作为交联剂,采用化学交联法制备了GO/HA/PVA单网络单交联复合水凝胶,再通过循环冷冻-解冻技术使PVA聚合物链间进一步发生氢键交联,制备得到GO/HA/PVA双网络双交联复合水凝胶。采用HRSEM、XRD表征了水凝胶的微观形貌和晶相结构,并研究了GO与PVA、HA与PVA在不同质量比及不同冷冻-解冻循环次数时制备所得GO/HA/PVA复合水凝胶的力学性能。结果表明:随着GO与PVA质量百分比的增加(0%～2.6%),该凝胶拉伸力学强度不断增强;随着HA与PVA质量比的增加(0.22～1.10),该凝胶的拉伸强度先增强后减弱;随着冷冻-解冻循环次数增加(0次、3次、7次)该凝胶的拉伸强度逐渐增强,弹性模量也逐渐提高。当GO与PVA质量百分比为1.9%、HA与PVA质量比为0.66、冷冻-解冻循环次数N=7次时,制备所得凝胶的拉伸力学性能最优(拉伸强度为695 kPa,断裂应变为286%,弹性模量为78 kPa)。此外,深入研究了不同冷冻-解冻循环次数对水凝胶含水率和溶胀率的影响规律。结果表明:不同冷冻-解冻循环次数(0次、3次、7次)的凝胶含水率为79.3%～81.7%,平衡溶胀率为50.1%～72%,且均在60 min后达到溶胀平衡。该水凝胶有望作为软骨替代材料应用于临床医学领域。     

海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶硬度的研究

以均匀设计试验法制备海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶,应用计算机技术建立原料配比、交联剂浓度、交联时间与凝胶硬度关系的数学模型,分别绘制了硬度与聚乙烯醇、海藻酸钠、氯化钙浓度、交联时间的关系曲线,研究了制备工艺对凝胶硬度的影响.结果表明,影响凝胶硬度的主要因素是交联时间,其次是SA、PVA和CaCl2浓度.     

全物理交联三重互穿网络水凝胶的制备与性能

为提升水凝胶的综合力学力学性能,设计并研究了一种全物理交联三重互穿网络水凝胶。以自由基乳液聚合法,获得疏水缔合交联的聚丙烯酰胺网络,水凝胶一步成型,依次通过冷冻-融化循环、浸没FeCl_3溶液分别形成微晶交联的聚乙烯醇网络及离子交联的海藻酸钠网络。获得P(AM-SMA)/PVA/SA三重互穿网络(HMITN)水凝胶。通过傅里叶变换红外对水凝胶结构进行了表征;通过电子万能试验机对水凝胶的力学性能进行了研究。结果表明,HMITN水凝胶具有良好的强度、韧性、抗疲劳及自恢复性能,强度0.45 MPa,断裂能2.48 MJ/m~3,在200%应变下进行5次循环拉伸后仍然保持20.3%的韧性,室温下自恢复260 min后,韧性可恢复66.7%。     

离子模板交联法调控聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶的可控变形行为

设计了一种通用的离子模板交联法制备了物理交联高强度聚乙烯醇/海藻酸钠(PVA/SA)水凝胶,并可能通过可控的方式实现PVA/SA水凝胶的三维空间变形.对同一块水凝胶选择性交联,利用PVA/SA和PVA/SA/Fe3+水凝胶具有显著的溶胀性差异的特点,通过两步法引导图案化水凝胶局部溶胀和整体弯曲,发生可控变形,得到特定的...     

pH敏感型黄原胶/聚乙烯醇水凝胶的制备与表征

通过化学交联结合物理交联的方法制备了一种pH敏感型的黄原胶/聚乙烯醇(XG/PVA)复合水凝胶,研究了XG与PVA不同质量比、不同交联剂用量及不同冷冻-解冻循环次数对XG/PVA水凝胶溶胀性能和力学性能的影响。结果表明,XG与PVA质量比为1∶5,交联剂环氧氯丙烷用量为5%,冷冻-解冻循环3次时,XG/PVA复合水凝胶内部结构均匀紧密且具有较高的溶胀性能,此时凝胶的弹性模量和压缩强度达到(26.30±0.03)kPa和(134.36±0.43)kPa。并探讨了该实验条件制备的XG/PVA水凝胶的pH敏感性及pH刺激响应性,并以牛血清蛋白(BSA)为模型进行了体外药物释放性能测试及材料生物相容性实验的研究。结果表明,该凝胶具有良好的pH敏感性及pH刺激响应特性,不同pH环境下可实现体外BSA的控制释放,且具有良好的生物相容性,有望用于药物控释载体。     

高强度聚乙烯醇/氧化石墨烯复合水凝胶

采用冷冻-解冻方法制备了物理交联的聚乙烯醇/氧化石墨烯复合水凝胶。采用热失重、X射线衍射、差示扫描量热、扫描电镜、力学性能、溶胀性能及离子强度敏感性等分析对制备的复合水凝胶进行了表征,研究了氧化石墨烯(GO)含量、冷冻-解冻循环次数、聚乙烯醇(PVA)浓度对复合水凝胶性能的影响。研究结果表明,复合水凝胶呈现出三维多孔网络结构;随着GO含量的增加,水凝胶的热稳定性增强、熔融温度上升,拉伸强度和压缩强度也得到明显提高,说明GO在复合水凝胶中起到了物理交联剂的作用;复合水凝胶的平衡溶胀比随着GO含量的增加而增大,但当GO的质量分数超过0.4%时逐渐减小;增加冷冻-解冻循环次数或PVA浓度,水凝胶的拉伸强度和压缩强度增大,力学性能得到显著改善。     

水性聚氨酯对聚乙烯醇-海藻酸钠水凝胶结构与性能的影响

以聚乙烯醇(PVA),海藻酸钠(SA)和水性聚氨酯(WPU)为原料,采用冷冻解冻法制备含水性聚氨酯的聚乙烯醇-海藻酸钠水凝胶,并探究WPU的用量对聚乙烯醇-海藻酸钠水凝胶结构与性能的影响。通过各种实验方法对WPU的合成进程,凝胶的形成,以及凝胶的微观结构,凝胶的溶胀性能、凝胶分数、愈合性能及力学性能进行观察和表征。结果表明,随着WPU含量的增多,凝胶内部微孔体积增大,且数量增多;当凝胶中WPU含量为25wt%时,凝胶拥有较好的微孔结构并获得1000%的吸水溶胀率;WPU的用量对复合水凝胶的凝胶分数、自愈合性能和力学性能也存在较大的影响。     

3D成型SiO_2/PVA水凝胶支架的摩擦行为

利用3D成型技术,通过先成型后冷冻交联2步法制备不同孔隙率的SiO_2/聚乙烯醇(PVA)水凝胶支架,研究了SiO_2/PVA水凝胶支架的重复摩擦行为,分析了SiO_2/PVA水凝胶支架的摩擦原理。结果表明:SiO_2/PVA水凝胶支架能够保持三维贯通的立体结构,最大孔隙率可达42.3%。低摩擦速率(10-6~10-3 m/s)下,SiO_2/PVA水凝胶支架摩擦力稍高于块体SiO_2/PVA水凝胶,且随孔隙率的提高而稍有降低;而高摩擦速率(10-2~1m/s)下,SiO_2/PVA水凝胶支架和块体SiO_2/PVA水凝胶的摩擦力相近,孔隙率对支架摩擦力影响不明显。低正压力载荷(0.3kPa)下,SiO_2/PVA水凝胶支架重复摩擦性优于块体SiO_2/PVA水凝胶,这与支架结构能保持稳定的水润滑层相关。     

聚乙烯醇水凝胶的制备及性能

利用冷冻-解冻法制备聚乙烯醇(PVA)水凝胶,研究了不同因素对PVA水凝胶力学性能和溶胀特性的影响。结果表明,PVA水凝胶是一种典型的粘弹性材料,在一定应变区内,材料的拉伸模量随应变的增加而增大;拉伸强度和平均拉伸模量随PVA水溶液的浓度和冷冻-解冻循环次数的增加而增强,凝胶的最大拉伸强度和拉伸模量分别为2.27 MPa和0.95 MPa。溶胀特性研究显示,PVA水凝胶在生理盐水中的平衡溶胀比小于其在蒸馏水中的平衡溶胀比;凝胶的平衡溶胀比随浓度和冷冻-解冻次数的增加而下降,其下降趋势满足幂函数的变化规律;水凝胶的溶胀过程符合溶胀动力学方程。     

化学-物理法制备多孔纳米羟基磷灰石/Ⅰ型胶原/聚乙烯醇复合水凝胶及其性能

以纳米羟基磷灰石(n-HA)、Ⅰ型胶原(Ⅰ-Col)、聚乙烯醇(PVA)为原料,采用化学-物理交联法制备人工角膜支架材料。通过对比测试其含水率、孔隙率、力学拉伸性能、扫描电镜及红外光谱,探讨了戊二醛加入浓度和冷冻解冻次数对材料性能的影响。结果表明当m(PVA)∶m(n-HA+Ⅰ-Col)=7∶1,戊二醛浓度为0.04mol/L时,复合水凝胶材料具有较好的综合性能:含水率为70.41%;孔隙率为58.95%;拉伸强度为3.87 MPa;红外分析表明原材料与交联剂之间产生了交联反应;扫描电镜分析表明经冷冻解冻物理交联5次,该复合水凝胶呈均匀三维多孔结构;生物相容性实验测得兔角膜上皮细胞增殖良好,毒性为Ⅰ级,达到国际要求,属于合格医用材料。     

微晶和氢键双增强水凝胶AG/PVA/CB[7]的制备和性能

以天然高分子琼脂糖(AG)为第一物理交联网络、聚乙烯醇(PVA)为第二物理交联网络、七元瓜环(CB[7])为交联剂,制备了双网络AG/PVA/CB[7]水凝胶。使用SEM、FT-IR和XRD等手段表征AG/PVA/CB[7]水凝胶的形貌、结构以及交联方式,研究了这种水凝胶的力学性能、溶胀性能和宏观自愈性能。结果表明：这种凝胶具有高强度和自愈性,高分子链之间通过氢键和微晶共同交联使其机械性能提高;该凝胶的力学性能随着冷冻-解冻次数的增加而提高,交联剂CB[7]的加入也使其力学性能提高,循环5次后其拉伸强度为0.37 MPa,杨氏模量为 0.23 MPa,平衡溶胀率为140%。     

PVA/HA复合双层水凝胶的制备及性能研究

以聚乙烯醇(PVA)、羟基磷灰石(HA)为原料,利用铸造干燥法与冷冻解冻法制备双层仿生软骨,并进行力学性能测试。结果表明:PVA/HA复合双层水凝胶力学性能优于PVA/HA复合水凝胶。利用铸造干燥法,PVA与HA间的交联结合将更加完善,力学性能得到提升。最优的PVA/HA复合双层水凝胶是采用铸造干燥法用PVA浓度为12%的溶液所制备出的双层水凝胶,其压缩弹性模量为(1.29±0.025)MPa,900s时应力松弛达到(60.14±0.64)%,最大形变和永久形变为(246.3±3.05)μm和(69.8±2.96)μm。     

医用聚乙烯醇/海藻酸钠/氧化石墨烯水凝胶的制备及性能

采用冷冻-解冻方法制备了物理交联的医用聚乙烯醇/海藻酸钠/氧化石墨烯复合水凝胶,并采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、热失重等对复合水凝胶进行表征,研究了氧化石墨烯含量对复合水凝胶的结构及性能的影响。结果表明,复合水凝胶呈现三维多孔的网络结构;氧化石墨烯、海藻酸钠和聚乙烯醇之间存在强烈的氢键作用,随着氧化石墨烯含量的增加,复合水凝胶的力学性能增强,热稳定性和凝胶率也得到提高;氧化石墨烯与海藻酸钠具有协同作用促进细胞增殖,复合水凝胶具有优异的生物相容性。     

PVA-海藻酸钠-活性炭共聚物水凝胶氧气渗透性能研究

以海藻酸钠、聚乙烯醇(PVA)为原料,氯化钙、硼酸为交联剂,添加少量活性炭,制备微生物固定化载体的共聚物水凝胶,采用池膜法测定氧分子通过凝胶膜的通量,探讨原料含量、交联剂浓度、交联时间对材料氧气渗透性能的影响.结果表明,PVA浓度为4.0%,海藻酸钠浓度为2.1%,活性炭浓度为0.2%,交联剂为5%氯化钙饱和硼酸溶液,交联时间为15min,制得的PVA-海藻酸钙-活性炭共聚物水凝胶氧气的扩散性能最好.     

高透明度聚乙烯醇水凝胶的制备、表征及透明机理研究

用二甲基亚砜(DMSO)水溶液通过冷冻/解冻法制备了高透明度聚乙烯醇(PVA)水凝胶,使用差示扫描量热仪(DSC)、紫外吸收光谱、力学性能分析仪、紫外-可见分光光度计等分析了DMSO浓度对聚乙烯醇水凝胶透光率的影响,并表征了PVA水凝胶的含水率、结晶度、力学性能等性质.结果表明,用含量为80%(质量分数)的DMSO水溶液制备的PVA水凝胶得到了高达(99.8±0.2)%透明度,其抗拉强度达到3MPa以上,断裂拉伸率＞600%.研究发现,DMSO与水形成的1DMSO/2H2O网络结构能够限制PVA分子在三维方向的结晶,同时能够促进二维方向PVA晶体的生长.当DMSO含量为80%时,溶液中DMSO与水的比例略＞1:2,存在少量未形成1:2网络结构的DMSO分子,该分子与PVA羟基形成氢键限制了PVA分子在二维方向的结晶,最终导致PVA水凝胶中PVA晶体的体积最小、PVA晶体的数目最多,从而得到了最高的水凝胶透明度和较好的力学性能.     

改性PVA水凝胶的研制及应用性能研究

以聚乙烯醇(PVA)为主要原料,以壳聚糖(CS)、羧甲基壳聚糖(CMCS)、海藻酸钠(CA)为改性原料,研制一种预防暴露性角膜炎的水凝胶。设计了以主要原料和改性原料混合,通过冷冻-解冻制备复合水凝胶材料,并对其进行含水量、拉伸强度、细菌内毒素、无菌、霉斑等应用性能的表征和研究。结果显示,PVA-CS、PVA-CMCS这2种水凝胶材料有很好的抑菌性,且在低剂量的辐照灭菌下获得无菌材料,而PVA-CMCS水凝胶因无气味将更受青睐,在生物工程学领域有较大的应用潜力。     

细菌纤维素/聚乙烯醇双网络复合水凝胶的制备与性能研究

利用冷冻-解冻法制备了细菌纤维素（BC）/聚乙烯醇（PVA）双网络复合水凝胶,研究不同BC含量及循环周期对BC/PVA复合水凝胶力学性能和溶胀特性的影响,结果表明,随着BC含量的增多,复合水凝胶的含水率、平衡溶胀比、拉伸强度和压缩强度与普通的PVA水凝胶相比均有一定程度的提高;综合考虑,当BC含量为4%时,各项性能均达到最佳值;随着循环次数的增多,水凝胶内部的物理交联点增多,导致水凝胶的含水率下降,拉伸强度和压缩强度则有明显的上升趋势。SEM观察的结果与之前的分析是一致的。     

三乙醇胺硼酸酯交联制备聚乙烯醇水凝胶及其吸附性能研究

采用三乙醇胺硼酸酯与聚乙烯醇(PVA)交联反应制备了水凝胶,通过红外光谱和扫描电镜来观察PVA水凝胶结构和形貌进行了表征,并PVA对水凝胶的溶胀性和吸附性进行分析研究。研究结果表明PVA水凝胶内存在较强的氢键作用,部分三乙醇胺接枝在PVA分子链上。三乙醇胺硼酸酯交联10%(质量分数)PVA水溶液时,所得凝胶的溶胀度接近700%。PVA水凝胶内部大孔套小孔相互交织,构成了复杂的不规则孔洞和通道。PVA水凝胶对Cu²⁺的色素去除率最高达91%,最大吸附量为10.2 mg/g,其吸附过程符合Langmuir方程模型,属单分子层吸附。     

氧化石墨烯/聚乙烯醇复合水凝胶的制备及吸附性能研究

通过冷冻-解冻法制备氧化石墨烯(GO)/聚乙烯醇(PVA)(GO/PVA)复合水凝胶。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对复合水凝胶的结构进行了表征,并研究pH值、GO浓度对亚甲基蓝染料吸附性能的影响。结果表明:GO与聚合物网络间存在较强的氢键相互作用;复合水凝胶在中性条件中对亚甲基蓝的吸附效果最佳,且最快达到吸附平衡;增加水凝胶中GO浓度,可显著提高对染料的吸附能力,缩短达到吸附平衡的时间。