聚乙烯醇双重交联水凝胶的制备与性能研究开题报告
2020-03-22 14:02:52
1. 研究目的与意义（文献综述）
背景意义：
聚合物水凝胶是由化学交联键或物理作用力形成的三维网络聚合物，其特性是能够吸收溶剂水而溶胀。高分子水凝胶由于其作为智能生物材料和医用价值的重要价值，近年来已成为材料领域的研究领域之一，聚乙烯醇(pva)因其良好的生物相容性，而日益成为一种理想的生物医用材料，如人造软骨，人造肌肉和人造眼球玻璃体，近年来，尤其pva水凝胶在生物医学领域里的应用愈来愈受到人们的重视。目前人们生活水平在不断提高，医疗事业必将有更大的发展。聚乙烯醇作为一种无毒无害的水溶性高分子材料，在今后将起到重要的作用。而pva水凝胶需要解决的问题主要有：含水量高时的力学性能（如弹性模量和拉伸强度等）的提高，长久的保水性和优良的光学性能等。这需要对pva水凝胶交联网络结构、保水的机理有深入地研究，找到微观结构和宏观性能的关系。
国内外研究现状 ：
2. 研究的基本内容与方案
高浓度乙烯醇（PVA）水凝胶具有一定的修复功能，但其自修复机理及制备工艺参数对其修复性能的影响缺乏研究。材料在使用过程中总会受到一些外在因素的影响而对材料造成一定程度的损伤，而这轻微的损伤会影响材料的正常使用，同时也会导致材料的浪费。因此，具有自修复功能特性的材料应运而生。自修复功能是指当物体受到了外界的损伤后可以在切口处进行自我修复的能力。通过自修复功能，可以延长材料的使用寿命，达到大幅度降低维护工作量和成本的目的。因此，具有自修复性能的材料一直都是研究的热点之一。
（一）课题主要研究内容：
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本课题将用聚乙烯醇(PVA)通过物理交联法(冷冻-熔融法）制备出PVA物理交联水凝胶，并测定水凝胶的溶胀度，保水性、含水量、等性能；
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通过得到的物理交联水凝胶进行化学交联以得到PVA双重水凝胶，并测定水凝胶的溶胀度，保水性、含水量等性能；并重点研究其(先物理交联后化学交联)自愈性能；
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用聚乙烯醇通过化学交联法制备出(PVA)化学交联水凝胶，并测定水凝胶的溶胀度，保水性、含水量等性能；
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由已制备出的化学交联水凝胶进行物理交联(冷冻-熔融法）制备出PVA双重水凝胶，并测定水凝胶的溶胀度，保水性、含水量、等性能；并重点研究其(先化学交联后物理交联)自愈性能；
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由聚乙烯醇同时进行物理交联与化学交联以得到PVA双重水凝胶,并测定水凝胶的溶胀度，保水性、含水量等性能；并重点研究其(同时化学交联与物理交联)自愈性能；
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实验所需药品及仪器
| 材料名称 | 材料规格 | 生产厂家 |
| 聚乙烯醇 | 聚合度1750±50，醇解度99％ | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 硼砂 | 分析纯 | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 氢氧化钾 | 分析纯 | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 硼酸 | 分析纯 | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 邻苯二甲酸氢钾 | 分析纯 | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 四硼酸钠 | 分析纯 | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 仪器名称 | 仪器型号 | 生产厂家 |
| 电子天平 | FA2204B | 上海精科天美仪器有限公司 |
| 集热式恒温加热磁力搅拌器 | DF-101S | 郑州长城科工贸有限公司 |
| 冷冻干燥机 | LGJ25 | 宁波新芝生物科技有限公司 |
| 电热恒温鼓风干燥箱 | DHG-9140 | 上海一恒科技仪器有限公司 |
| 傅里叶变化红外光谱仪 | Nicolet6700 | 美国赛默飞仪器有限公司 |
| 生物纯化水机 | DGZ-303A | 爱普生（中国）有限公司 |
| 扫描电子显微镜 | JSM-5610LV | 日本电子株式会社 |
| 冰箱 | BC/BD-98 | 广东奥马电器股份有限公司 |
实验将总结不同工艺条件下对聚乙烯醇双重交联水凝胶性能的影响，最后将根据所得PVA水凝胶在自愈性能方面的优势和特点的出它在日用、工农业和医用等领域的发展空间和应用价值。
实验基本步骤如下：
①制得物理聚乙烯醇（PVA）水凝胶：将一定质量的PVA与蒸馏水加入三口烧瓶中，在90℃下以25r/min速率搅拌1h，配成制定浓度的PVA溶液。待PVA全部溶解后，于-20℃冷冻储存箱冷冻24h成型，然后在室温25℃下解冻3h即得PVA物理交联水凝胶。PVA溶解后经过反复冷冻-解冻过程进行物理交联得到的具有稳定网络结构的凝胶。该凝胶具有含水量高、机械强度高、无毒和生物相容性好等优点，由于PVA水凝胶中含有大量的羟基，使得高浓度PVA水凝胶具有非常优异的特性——自修复功能。
②经化学交联制得PVA双重水凝胶：
方案一：由上述制得的PVA水凝胶浸入加入适量的硼酸和一定量的氢氧化钾的溶液中。搅拌,混匀后倒入玻璃模型中,让其在室温下交联24h,然后取出,用热蒸馏水洗至洗液呈中性,即得到完全透明的水凝胶。
方案二：由上述制得的PVA水凝胶浸入加入适量的硼砂。搅拌,混匀后倒入玻璃模型中,让其在室温下交联24h。
确定化学交联剂的选择，然后制得水凝胶以及测定其结构及性能表征、干燥以后测定溶胀性能等。
实验流程框图介绍：
补充一：图示内容为研究内容中(1)(2)步骤的操作流程，步骤(3)(4)和步骤(5)的操作改变其中一部分的顺序即可。
补充二：PVA水凝胶的结构和性能表征
主要手段为红外光谱法、电子显微镜法、差热分析法、X光衍射法、核磁共振、小脚光散射法。实验中主要用红外光谱法进行表征。
对PVA水凝胶性能测定包括：机械力学性能，溶胀度，保水性及含水量，自愈性能等。影响性能因素除交联方法外，PVA的聚合度，溶剂类型，交联温度，交联时间以及交联方式等等也影响，本实验着重研究影响PVA水凝胶自修复性能的因素，找出制备自修复水凝胶的最佳条件 。
各种实验条件，诸如PVA分子量、冷冻时间、解冻时间、冷冻温度、多次冻融等对PVA水凝胶的自修复性能影响鲜见文献报道。本实验研究影响PVA水凝胶自修复性能的因素，其中冻融次数和化学交联剂的用量以及化学交联剂的用量作为主要的研究因素，找出制备自修复水凝胶的最佳条件，并对PVA自修复水凝胶的自修复机理进行了探讨，为自修复PVA水凝胶的实际应用提供参考。
3. 研究计划与安排
第1—2周：查阅相关文献，明确研究内容，确定方案，完成开题报告；
第3—10周：进实验室完成所需的研究内容；
第11—13周：结果的分析和讨论，撰写毕业论文；
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 李文波，薛锋，程镕时. 化学交联聚乙烯醇(pva)水凝胶的合成、表征及溶胀特性[j]. 高分子学报，2006, 5: 671-675
[2] 杨荣杰，韩颂军. 辐射交联聚乙烯醇水凝胶研究[j]. 北京理工大学学报，1997, 17(4): 431-434
[3] 黄光琳，冯雨丁，贺建业. 低温聚乙烯醇（pva）水凝胶结构的初步研究[j]. 高分子学报，1992, 3: 316-319
[4] 黄光琳，冯雨丁，贺建业等. 低温水凝胶力学性能的研究[j]. 高等学校化学学报，1991，12(4): 564-567
