Page 100 - 《精细化工》2020年第9期

·1814· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

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对分子质量（M c ）： 上 C==O 对应的伸缩振动吸收峰由 1650 cm 红移至
–1
+
3–
k( 
 vT    2 ) （4） 1592 cm ，表明 NH 3 与 Cit 之间形成了离子键 [26] 。
0
 N 2.1.2 水凝胶含水率及微观结构表征
M  A （5）
水凝胶机械性能受含水率、微观结构及交联特
c
v 0 [27-29]
式中： 为 λ=2 时的应力，Pa；k 为玻尔兹曼常数， 点的影响 。因此，利用 DSC、XRD 和 SEM 分析
1.380649×10 –23 J/K；T 为拉伸时的绝对温度，K；ρ 了水凝胶的微观结构。首先，借鉴文献方法 [12,28] 计算
为水凝胶密 度， g/L； N A 是阿伏伽德罗常量， 水凝胶浸泡 Na 3 Cit 前后各组分质量分数的变化，结果
6.022×10 –23 /mol。 见图 3。

1.4 水凝胶的溶胀实验
通过称重法研究水凝胶的溶胀行为 [20-22] 。将干
态水凝胶（W d ）在室温下浸入去离子水中，在特定
的时间间隔后从溶液中取出溶胀的样品，并擦去表
面水后称湿重并记录为（W t ），重复上述步骤至质量
恒定。通过式（6）计算水凝胶溶胀率（SR）：
(W  W )
SR /%  t d  0 1 0 （6）
W d
式中：W t 为湿态水凝胶质量，g；W d 为干态水凝胶

质量，g。 图 3 PVA-CS-5 及 PVA-CS-5-S 水凝胶中聚合物、水以及
Na 3 Cit 的质量分数
2 结果与讨论 Fig. 3 Mass fractions of polymer, water and Na 3 Cit in
PVA-CS-5 and PVA-CS-5-S hydrogels
2.1 水凝胶的结构表征
由图 3 可知，PVA-CS-5 水凝胶中水的质量分数
2.1.1 FTIR 表征
采用 FTIR 表征了水凝胶的化学结构，结果如 为 89.1%，聚合物的质量分数为 10.9%；而浸泡
图 2 所示。 Na 3 Cit 后 PVA-CS-5-S 水凝胶中水的质量分数下降
至 60.0%，聚合物质量分数提高至 33.4%。同时，
水凝胶直径由 14 mm 降低至 11 mm，这是因为，盐
析效应使水凝胶含水率降低 [22] 。
水凝胶性能还与水状态以及高分子链与水的相
互作用有关 [12,29] 。利用 DSC 测试了水凝胶中自由水、
非冻结水以及可冻结结合水的含量，结果见图 4。

图 2 CS、PVA、PVA-CS-5 和 PVA-CS-5-S 水凝胶的 FTIR
谱图
Fig. 2 FTIR spectra of CS, PVA, PVA-CS-5 and PVA-CS-
5-S hydrogels

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由图 2 可见，1090、1650、3375 cm 处分别为
CS 上 C—O、C==O、O—H 和 N—H 的伸缩振动吸
图 4 PVA-CS-5 和 PVA-CS-5-S 水凝胶的 DSC 曲线
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收峰 [23] ；而 1090、2938、3382 cm 分别为 PVA 上 Fig. 4 DSC curves of PVA-CS-5 and PVA-CS-5-S hydrogels
C—O、C—H 以及 O—H 的伸缩振动吸收峰 [24] 。在
PVA-CS-5 水凝胶前驱体中 PVA 和 CS 的上述特征峰 由图 4 可见，PVA-CS-5 水凝胶在 1.2 ℃处只出
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均清晰可见，而 3382 和 3375 cm 处活泼氢的特征 现一个自由水的吸热峰 [29] ，由式（2）计算出自由水
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峰红移至 3370 cm ，说明 PVA 与 CS 形成了更强的 的质量分数为 67.4%，由总含水率减去自由水的质
氢键 [25] 。浸泡 Na 3 Cit 水溶液后 PVA-CS-5-S 水凝胶 量分数可知非冻结水的质量分数为 21.7% [12] 。单网