CS/PVA水凝胶的制备与性能研究(2)

图2为吸收剂量对PVA水凝胶力学性能的影响. 由图2可以看出，PVA水凝胶的拉伸强度随吸收剂量的增大而增大. 吸收剂量较小时，PVA水凝胶的断裂伸长率略有增大；之后随吸收剂量的增大呈现出下降的趋势. 其原因可解释为：PVA分子链经辐射交联成三维网络，提高了PVA水凝胶的拉伸强度，所以其断裂伸长率有一定程度提升. 当PVA分子链形成的三维网络的交联点过多，这将造成PVA水凝胶断裂伸长率的下降［17］. 由图1、图2可以看出，采用辐射法制备PVA水凝胶适宜的吸收剂量为30 kGy.

图1 吸收剂量对PVA水凝胶的溶胀性能影响Fig.1 Effect of absorbed dose on swelling performance of PVA hydrogel

图2 吸收剂量对PVA水凝胶力学性能的影响Fig.2 Effect of absorbed dose on mechanical properties of PVA hydrogel

PVA 水凝胶的凝胶分数与吸收剂量的关系如图3 所示. 如图所示，辐射合成PVA 水凝胶的凝胶分数均在97%以上，且随着辐射剂量的增加成正比例增长，其中，30～40 kGy 区间增速最缓，吸收剂量为由20 kGy 增加至60 kGy，凝胶分数由97%增加为98.6%. 表明高强度剂量的辐射有利于体系发生交联形成具有网络结构的水凝胶，这一结果和PVA水凝胶的溶胀性能与力学性能随吸收剂量变化一致.

图3 吸收剂量对PVA水凝胶凝胶分数的影响Fig.3 Effect of absorbed dose on gel fraction of PVA hydrogel

2.2 制备工艺对PVA水凝胶形貌的影响

图4 为不同制备工艺制备的PVA 水凝胶外观和SEM照片. 由图4（a）、（b）、（c）可以看出，采用辐射方法制备的PVA水凝胶透明性好，但是有大量气泡产生；采用冻融法制备的PVA水凝胶外观不透明，呈现乳白色；采用先冻融后辐射方法制备PVA水凝胶时，不仅较好地解决了单独采用辐射法产生大量气泡的问题，而且该方法制备的PVA水凝胶的透明性较单独采用冻融法有较大的改善. 冻融法制备的水凝胶不透明，其原因可能是凝胶化过程中早期发生了微相分离. 辐射法制备的水凝胶透明性较好，其原因可能为PVA溶液在接受较低的吸收剂量时就能形成均匀性较好的凝胶. 采用先冻融后辐射方法制备的PVA水凝胶气泡较辐射法明显减少，其原因可能是PVA溶液经冻融后形成了物理凝胶，物理凝胶经辐射形成三维网络结构的水凝胶时较单独辐射法需要接受较低的吸收剂量的缘故［16，18］.

图4（d）、（e）、（f）为3种方法制备的PVA水凝胶SEM照片（×5000倍）. 图4（d）、（e）、（f）可以看出，辐射法制备的PVA水凝胶断面存在数量较多的凹陷，这与图4（a）呈现的水凝胶外观具有较多气泡的结果相一致.冻融法制备的PVA水凝胶的断面呈现出致密的多孔结构，这与图4（b）中水凝胶具有不透明的外观结果相一致. 采用先冻融后辐射方法制备的PVA水凝胶的断面则呈现出均匀性好且相对独立的孔洞，这也与该方法制备的PVA水凝胶的透明性较单独冻融法有较大改善的结果相一致.

图4 PVA水凝胶外观和SEM照片Fig.4 Appearance and SEM images of PVA hydrogel

2.3 制备工艺对CS/PVA水凝胶性能的影响

图5为CS的相对用量对CS/PVA水凝胶溶胀性能的影响. 从图5可以看出，CS/PVA水凝胶的溶胀比随CS相对用量的减少呈现出下降的趋势. 其原因可能是两个方面：其一，随CS 用量的减小，CS/PVA 水凝胶体系中能生成三维网状的PVA的相对用量增加，过多的网状结构将导致体系的溶胀比下降；其二，在酸性介质中，CS中质子化的氨基会引起聚合物链段之间的静电排斥或氢键解离，从而导致大分子链松弛，溶胀过程中阻力减小，溶胀比增大. 因此，在制备CS/PVA水凝胶时，CS与PVA二者适宜的用量为1∶1.

图5 CS的相对用量对CS/PVA水凝胶溶胀性能的影响Fig.5 Effect of relative dosage of CS on swelling properties of CS/PVA hydrogel

图6 为冻融次数对CS/PVA 水凝胶溶胀性能的影响. 由图6可以看出，CS/PVA水凝胶的溶胀比随冻融次数的增加先增大后减小. 冻融次数为2时，CS/PVA 水凝胶的溶胀比达192%. 其原因可能是，冻融次数的增加将导致CS/PVA 体系生成物理凝胶量的增加，从而使得CS/PVA水凝胶的溶胀比出现下降.

图6 冻融次数对CS/PVA水凝胶溶胀性能的影响Fig.6 Effect of freeze-thaw cycles on swelling properties of CS/PVA hydrogels

图7 为制备工艺对CS/PVA 水凝胶力学性能的影响. 从图7（a）中可以看出，与冻融法和辐射法相比，采用先冻融后辐射方法制备的CS/PVA水凝胶的拉伸强度有明显提升. CS的添加使得CS/PVA水凝胶的拉伸强度一定程度的降低. 另外，不同种类的CS 对CS/PVA 水凝胶拉伸强度的影响存在差异. 由图7（b）中可以看出，采用先冻融后辐射方法制备的CS/PVA水凝胶的断裂伸长率较辐射法有显著提高；不同种类的CS 对CS/PVA 水凝胶断裂伸长率的影响不明显.

文章来源：《中国辐射卫生》 网址: http://www.zgfswszz.cn/qikandaodu/2021/0205/343.html