摘 要

水凝胶的吸水量很高，但是纯的水凝胶一般自身性能都有一些缺陷。聚丙烯酸（PAA）水凝胶虽然其本身的吸水能力较好，但是易破碎且机械性能不好，近年来水凝胶成为了热门的研究方向之一。为了制备出性能更加优异更实用实际应用的水凝胶，本文设计制备PAA/PVA半互穿网络水凝胶的方案。以聚丙烯酸（PAA）和聚乙烯醇（PVA）为主要原料，以APS作为引发剂，MBA作为交联剂通过溶液聚合的方法制得水凝胶。通过溶胀性能、压力测试和红外表征，实验结果表明：随着PVA与PAA质量比的增加，凝胶的溶胀性能会越来越低，但是其力学性能会越来越好。

关键词：PVA；PAA水凝胶；半互穿网络

Preparation of PAA/PVA semi-permeable network hydrogels

ABSTRACT

Hydrogels have high water absorption capacity, but pure hydrogels generally have some defects in their own performance. Although polyacrylic acid (PAA) hydrogel has good water absorption capacity, it is easy to break and its mechanical properties are not good. In recent years, hydrogel has become one of the most popular research directions. In order to prepare hydrogels with better performance and more practical application, PAA/PVA semi-interpenetrating network hydrogels were designed and prepared in this paper. Hydrogels were prepared by solution polymerization using polyacrylic acid (PAA) and polyvinyl alcohol (PVA) as main raw materials, APS as initiator and MBA as crosslinking agent. Swelling property, pressure test and infrared characterization show that the swelling property of the gel will be lower and lower with the increase of mass ratio of PVA to PAA, but its mechanical properties will be better and better.

Keywords：Hydrgel，Semi-IPN Network，PAA, PVA

目 录

第一章 文献综述 1

1.1 水凝胶的概述 1

1.1.1水凝胶的合成方法 2

1.1.2水凝胶的应用 3

1.2 高性能的水凝胶 5

1.2.1高性能水凝胶概述 5

1.2.2微球复合水凝胶 5

1.2.3 离子/化学交联水凝胶 5

1.2.4 DNA智能水凝胶 6

1.3 PAA水凝胶制备文献进展 6

1.4 本课题设计目的及其意义 8

第二章 实验部分 8

2.1 实验药品及仪器 8

2.2 实验方法 9

2.3 表征方法 10

2.3.1傅里叶红外光谱（FT-IR） 10

2.3.2溶胀测试 10

2.3.3弹性测试 10

第三章 实验结果与讨论 10

3.1红外分析 10

3.2 压力测试 12

3.3 溶胀测试 13

结 论 14

致 谢 15

参考文献 16

第一章 文献综述

引言

生物医学^[1]和化工等领域^[2]很早就已经有了水凝胶材料的应用。互穿（IPN）或半互穿（Semi－IPN）是如今广泛用于提升水凝胶材料性能的一种技术，采用化学的方法来让聚合物来达到物理共混，协同作用于水凝胶使其在性能和功能上都能有较大的改变。互穿（IPN）或半互穿（Semi－IPN）技术解决了水凝胶本身易坏易破碎的缺陷，而又增强了其他性能，例如机械性能的提高。

PAA本身就可以形成水凝胶，虽然PAA水凝胶它有很好亲水性且具有良好的生物相容性。但是这种水凝胶也有很明显的缺点，比如它的力学性能很差、日常使用时会有残余，使用时性价比不高，让它优秀的性质就难以发挥。为了让它在含有本身的优异性能的同时还要具有高含水量、高强度等其他优异的性能，众多科研人员的探索下发现可以将交联结构引入水凝胶材料内部，让其他其材料的优异性能发挥的同时又能保留PAA材料的特性。然后也就有了各种合适的制备与改性方法。

• 1. 水凝胶的概述

在过去的时间里，各方面的研究人员以不同的角度探讨了水凝胶的定义及性能，大家普遍认可的定义是：由一种或多种单体通过反应而形成的制品为水凝胶，水凝胶材料的内部有着三维的网络结构。而还有常见的定义就是，这种材料具有一定的吸水能力，可以在其结构中保持一定的含水量，但不溶于水^[4]。水凝胶的在吸水这方面的性能主要原因就是在分子链上存在着亲水基，这样就很好的阻止了水凝胶结构上的分散。许多领域型人才投入了大量的时间来研究水凝胶，因为水凝胶材料在医药、化工、平常生活等方面都会有很大的应用前景。

现在人工合成水凝胶被普遍使用，因为人工合成的水凝胶有着较好的内部结构，这也就决定了人工合成的水凝胶在性能这方面肯定优于天然水凝胶，而通过测试发现，人工合成的水凝胶在溶胀性能、机械性能等方面都有着不错的表现。由于所用聚合物的性质或交联密度不同，水凝胶通常具有不同的平衡水含量。凝胶可以通过一系列经典的化学方法合成，可以通过各种功能单体的一步聚合共聚交联制备，当然也有其他的类似二步法等等的制备。例如，制备PAMPS/PAAm高强度的水凝胶，第一步先制备PAMPS的单层网络，然后再加入交联剂和引发剂实现内部交联得到性能优异的水凝胶。水凝胶的研发人员通过研究水凝胶的内部结构与性能，制备出了可以控制分子量的水凝胶聚合物，而且可以制备出自己想要的性能的水凝胶聚合物，比如好的力学性能和生物相容性。

1.1.1水凝胶的合成方法

水凝胶通常具有亲水性，通常由亲水性单体制备，但有时疏水单体也经常引入凝胶系统，以改善水凝胶的性能，使其能够应用于其他应用。一般来说，水凝胶主要分为天然水凝胶和合成水凝胶。从与天然水凝胶对比来看，合成水凝胶通常力学性能与机械性能比较好。但是，天然的水凝胶一般都具备较好的生物相容性。然而，可以从水凝胶的定义看出来，假如想让他的机械得到提升，可以使用一些方法使得水凝胶的内部交联达到合适的机械强度。因此。综上所述，无论采用什么方法，只要能够构建交联聚合物网络，就可以获得水凝胶。在一些功能交联剂存在下共聚或者自由基聚合亲水单体也可以来获得水凝胶。然而，不论悬浮聚合^[5]制备还是其他的制备方法，水凝胶都会包括单体、引发剂和交联剂。为了更好地控制聚合温度和最终获得的凝胶的性质，通常可以向系统中加入水或其他溶液作为稀释剂，最后可以通过一系列方法除去这些副产物或杂质。科研人员还利用反相悬浮聚合^[6]和稀溶液聚合出了水凝胶。Chen等^[7]使用了溶液聚合合成水凝胶的方法，在丙烯酸钠体系加入引发剂来制备。

为了制备水凝胶，首先要让水凝胶的内部以外力作用下形成网络结构，然后以各种制备的手段来得到各种性能良好的水凝胶。