聚乙烯醇基水凝胶的制备及其应用研究

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水凝胶是一类具有三维网络结构,含水量高且不溶于水的高分子或大分子聚集体。其中,聚乙烯醇(PVA)作为一种合成高分子化合物,由于其可大量生产、生物相容性好、性质稳定、可降解、无毒等优势,已被广泛的应用在生活、生产的各个方面。聚乙烯醇水凝胶可以通过简单的物理交联、化学交联等方法制得。但单纯的聚乙烯醇水凝胶功能单一,无法满足生产生活的需求。
  通过对PVA改性及与其他物质复合,可赋予PVA水凝胶多重功能。本文首先通过酯交换反应对PVA进行乙酰乙酸化改性,获得聚乙烯醇乙酰乙酸酯(PVAA)。再利用PVAA上乙酰乙酸基团和Fe3+离子之间的可逆的超分子配位作用,制备具有多重响应、自愈合、自粘附性能的PVAA-Fe水凝胶。PVAA-Fe水凝胶通过在室温下PVAA水溶液与FeCl3水溶液的简单混合过程来制得,并且该凝胶过程在20s内便可以完成,可实现凝胶的快速制备。PVAA的化学结构通过FT-IR和1H NMR进行了系统表征。由于乙酰乙酸基团与Fe3+的动态配位作用,使制得的水凝胶在没有外部刺激的情况下显示出优异的自修复行为;通过凝胶-溶胶转换,证明PVAA-Fe水凝胶具有多重响应特性,例如pH、氧化还原、光辐照和温度响应。凝胶中Fe3+离子和Cl-离子的存在使PVAA-Fe水凝胶具有良好的导电性。该研究内容提供了一种快速制备多功能性水凝胶的方法。
  为了拓展PVAA-Fe水凝胶的应用,提高其耐拉伸、耐压缩的性能,将Fe3+离子与PVAA/聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶共混形成双网状水凝胶,制备了一种可高度拉伸、耐压缩、具有良好自愈性且导电性水凝胶,该水凝胶将化学交联和物理交联结合在一个凝胶体系中。在该凝胶体系中,PAM网络为水凝胶提供了高拉伸和可压缩性,同时PVAA-Fe动态网络为水凝胶提供了导电性和自愈能力。所得的水凝胶表现出突出的拉伸能力(>700%),高灵敏度,高愈合效率(24小时内80%)和出色的抗疲劳性。因此,该水凝胶作为人造离子皮肤器件,可以直接监测人体运动。
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