1.前言
聚乙烯醇(PVA)是一种无毒，可生物降解，而且应用极其广泛的水溶性高分子材料。凝胶则是高分子链之间以化学键形成的交联结构的溶胀体，而高分子水凝胶是一种在水中只能溶胀，却不能溶解的亲水凝胶，它是由水溶性高分子经适当的交联后形成的，水以不同的结合态存在于高分子网络当中，并且具有良好的稳定性能。而这种亲水性高分子交联网络在水中溶胀并形成凝胶时，它的溶胀质量可以是自身的几十倍甚至几百倍上千倍，而且能够保留大量的水并能维持三维网络结构。所以高分子水凝胶又被称为超强吸水材料。而以聚乙烯醇为原料制备的水凝胶也是一种以水为介质的凝胶，其独特的半结晶结构使其可以通过冻融循环制备成水凝胶，也是一种高分子网络体系，它可以保持一定的形状并且具有一系列的独特性能。
2.聚乙烯醇水凝胶
PVA水凝胶不仅具备一般水凝胶的性能，还具有低毒性、机械性能良好(高弹性模量和高机械强度)、吸水量大、生物降解性以及生物相容性良好等优点，在生物医学领域拥有广泛的应用。例如，PVA水凝胶可作为关节软骨的修复材料、隐形眼镜等。但是PVA水凝胶不具有抗菌性能。因此，其在生物医学领域的应用也受到了一定的限制。将解冻的PVA水凝胶冷冻干燥，然后浸入单宁酸（TA）溶液中，以获得双交联双网络水凝胶。该水凝胶具有良好的机械强度和自愈性能。PVA水凝胶也是最早报道的形状记忆水凝胶，但PVA微晶容易融化，加热容易破坏氢键，因此有必要引入更强的相互作用来保持其形状。此外，PVA水凝胶虽然具有优异的性能且具有广泛的应用，但其纯度高[21]。
聚乙烯醇水溶液的凝胶化现象最早是由上世纪50年代的曾根康夫等人发现的[22]。随后，美国、日本等科学家相继采用多种方法进行制备PVA水凝胶。按照交联方式的不同，一般来说聚乙烯醇水凝胶的制备方法有化学交联和物理交联两种。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从而形成凝胶，其以共价键和配位键为主要的交联方式，常用的交联剂有硼酸、硼砂和其它可与PVA进行配位聚合能形成凝胶的重金属盐等；辐射交联法主要利用紫外线、电子束、gamma;射线等直接辐射PVA溶液，使PVA分子之间通过产生自由基而交联在一起。物理交联法通常情况是采用冷冻解冻的方法，制备的水凝胶主要是由分子链间通过氢键和微晶形成的三维网络，即物理交联点，这些交联点随着温度等外界的条件变化而变化。可以采用不同的交联剂或溶剂在凝胶形成过程中进行调节，或N—甲基—2—吡咯烷酮(NMP)，或戊二醛，或乙二醇(EG)。不同溶剂的作用会导致产生的凝胶的各种物理性质或化学性质发生各种变化。同一机理不同用量的溶剂形成的凝胶也会导致其弹性、机械强度、吸水性能或保水性能有所差异。
实验中经常使用硼酸作为交联剂，这是因为聚乙烯醇水溶液对硼酸有着非常敏感的变化，少量的硼酸就可以与聚乙烯醇进行交联并形成复杂的络合物，使聚乙烯醇水溶液失去流动性，较长时间静置则会形成高含水凝胶。随着硼酸的逐渐加入，交联度也随之增加，凝胶的各种性能也会逐步发生变化。
随着石油开采程度的增加，油田已进入高含水期，调剖堵水技术迅速发展，聚合物及其交联凝胶成为调剖堵水的首选堵剂。PVA水凝胶也由于其优点和弹性特征成为适用的调剖剂。例如一些特殊应用中，经过化学交联得到的PVA水凝胶已经被运用在了人工肾、胰腺、人工软骨、免疫隔离膜、葡萄糖传感器、接触镜头和药物输送等生物材料的研究开发中。并且PVA水凝胶已被美国食品和药品管理局批准可用于临床应用。
因此大量研究者也由于PVA水凝胶本身所具有的优越性能及广泛用途，引起了对其制备方法及性能研究的极大兴趣与关注。PVA水凝胶的性能和它的制备方法密切相关，主要还是以物理交联法和化学交联法这两种为主。本文则采用化学交联方法来制备PVA水凝胶，并对硼酸比例不同的PVA水凝胶的力学性能、透光性和溶胀性能等各个方面进行深入探索。
3.国内外相关研究
潘育松,熊党生等[16]利用冷冻-解冻法制备了聚乙烯醇(PVA)水凝胶,研究了不同的因素对PVA水凝胶溶胀特性和力学性能的影响。研究结果表明,PVA水凝胶是一种典型的粘弹性材料。（1）水凝胶的拉伸强度随着凝胶的冷冻解次数和浓度的增加而增强。其最高的拉伸强度可以达到2.27MPa。（2）水凝胶的拉伸模量随着它的冷冻解次数和浓度的增加而增加。水凝胶的拉伸模量在一定应变范围内随着应变的增加而上升。（3）溶剂和溶胀介质对着水凝胶的溶胀行为有着协同作用。并且，溶胀介质中的电解质离子对PVA水凝胶的溶胀特性有着比较显著的影响，水凝胶在生理盐水中的平衡溶胀比均小于其在蒸馏水中的平衡溶胀比。（4）水凝胶的平衡溶胀比均随着凝胶的冷冻解次数和浓度的增加而减小。并且水凝胶的平衡溶胀比随着冷冻解次数的增加而下降的趋势满足幂函数的变化规律。水凝胶的溶胀过程也满足溶胀动力学方程。
姬春梅[17]主要通过研究制备不同比例的硼酸和PVA水凝胶，并且对其测试其各项性能。实验结果表明：（1）PVA一定量时，随着硼酸与PVA比例的逐渐增加，混合组分的PH也逐渐降低。而当硼酸定量时，其PH变化则并不大。（2）随着硼酸与PVA比例的增加，在一定范围内两者的交联度增加，挺度增加，压缩强度也随之增大。（3）随着硼酸与PVA比例增加，当 m(硼酸)∶m( PVA)＜0.15∶1时，凝胶吸水速率增加，超过这一范围吸水速率则会减小。两者比例越大，交联度就越高，其吸水率也越低。（4）PVA水凝胶的吸水速率越高，对应其吸水率也越高。PVA水凝胶吸水率非常高，那么它的固含量就非常低。若硼酸与PVA的比例增大，交联度就增大，固含量也会增加。（5）硼酸与PVA的比值为0.15∶1时，我们可以得到韧性和吸水速率都比较好的水凝胶。
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