CN100415821C - 聚乙烯醇凝胶 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚乙烯醇凝胶，特别是水凝胶，该凝胶可以通过新方法和配方制备，并具有可以在大范围内调节的以下性质分布：突出的机械性能，在断裂伸长率为550%时，弹性模量为30MPa和刚度为25MPa，或在宽的水含量范围内是完全透明的。

Description

聚乙烯醇凝胶
本发明涉及聚乙烯醇凝胶，特别是使用新方法和配方制造的水凝胶，该凝胶具有能够在宽广的优异机械性能范围内可调节的性质分布(propertyprofile)。
现有技术
可以通过水解例如聚乙酸乙烯酯而获得的聚乙烯醇(PVA)是几乎可完全生物降解的，并在高温下具有良好的水溶性。PVA类水凝胶可以制造成与生物组织和软骨一致，并在活体中显示出超常的稳定性和生物相容性，这一方面归功于这些凝胶的高水含量，另一方面归功于大分子自身，这是因为当定向表达时(when pointed expressed)，大量与水相似的羟基被身体“觉察为聚合的长链水”。因此，PVA凝胶(PVAG)几乎是注定应用于在活体中，特别是没有化学交联、辐射交联并且没有成问题的化学品辅助而制备的PVAG。
在制造这些PVAGs的常规方法中，在第一步中，例如在120℃的高温下，制备PVA的溶液，并可以将该溶液倒入冷却到室温的模具中。接着应用各种形成凝胶的方法，其中PVA溶液至少冷冻一次，然后再解冻(冷冻/解冻)。通常，溶剂为水，PVA溶液的PVA浓度Cp在5-15％的范围内，并且以约0.1℃/min的冷却速率冷却到大约-15至-30℃的温度，在该温度下保持约1-24h，然后以约0.1℃/min的速率解冻。在这样的循环后，PVAGs是不透明的并且是非常柔软的。它们能够容易被接触破坏，Cp＝15％的PVAG的强度sm在0.04MPa范围内，并且弹性模量E在0.01MPa范围内。通过重复冷冻/解冻处理，可以连续改善机械性能，例如在10次循环后，强度sm在1MPa范围内，并且弹性模量在0.1MPa范围内。在更多次循环后，只能再稍稍改善这些机械性能。这类PVAGs已经在现有技术的许多场合得到了描述，例如F.Yokohama等人在Colloid&Polymer Science(1986)，264，p595-601。
改进方法描述于US4734097，其中从PVA水溶液开始，例如在实施例3中，Cp＝8％，仅仅使用了一次冷冻/解冻循环，然后通过使用真空10小时，在冷冻状态下将PVA-水混合物脱水到浓度Cp为42％。在解冻后，获得了发白的不透明凝胶，其强度sm为0.5MPa，该凝胶被建议将其用作人体内的人造组织。对于通过这种方法制备的受专利保护的PVAG已经用于大量应用，例如在EP 0107055中用于人造器官和膜(用于医疗用途的人造器官活膜)，在EP 0095892中作为皮肤凝胶(覆盖创伤的材料)，在EP 0070986中用作冷却介质(用作冷却介质的凝胶)，在JP 57190072中作为低温隔离凝胶，在GB 2209401中作为NMR诊断的幻影(phantoms)(NMR诊断的幻影)或GB2182571中作为高尔夫球填充物(高尔夫球核心)。
另一种改进方法描述于US 6231605，其中从PVA水溶液开始，例如在实施例1中，Cp＝15％，首先在-20℃进行三次冷冻/解冻循环，接着获得的凝胶放置在水中，并溶胀。在该状态下的凝胶是透明的，但是很脆弱，以致于不能在水外保持其形状。溶胀的凝胶然后受到另外的两次冷冻/解冻处理，然后获得不透明弹性凝胶，其弹性模量大约为0.4MPa。该凝胶也被建议用于人体内的组织移植物，例如用于心瓣膜、血管、腱、软骨、尿道半月板。
在US4663358中的另一改进方法中，使用水和有机溶剂(特别是DMSO)的混合物制备PVA溶液，然后在-20℃冷冻。然后将获得的凝胶储存在水中，以萃取大部分的DMSO，在空气中干燥，然后真空萃取剩余的DMSO。在水中溶胀样品后，获得了PVAG，其透明度高达99％，强度高达5.6MPa。该透明PVAG被建议用于生物医学领域和食品工业。
JP48-030462公开了制备聚乙烯醇凝胶的方法，其中将一种类型的聚乙烯醇或聚乙烯醇衍生物与水混合和添加，以增强塑料纤维(例如，尼龙或维尼纶)。这样获得的PVA是PVA和塑料纤维的复合物。在该方法中，在-30℃或-40℃进行冷处理24小时。
JP-5245138描述了类似的制备PVAG的方法，该方法仅使用一种类型的PVA，该PVA初始是溶解在至少部分极性溶剂中，将该溶液冷却至室温，并最终将其带到仅对PVA具有弱溶解作用或没有溶解作用的介质中。由该方法获得的是柔软的水凝胶，其可用作超声介质。
JP-711327描述了制备转印(transfer printing)用的薄片的方法。该膜材料第一PVA树脂和第二PVA树脂构成，其中第一PVA树脂具有至少3200的高平均DP，第二PVA树脂具有少于3200的平均DP。两种PVA树脂的皂化度或水解度DH为65-95摩尔％。没有提及软化剂。有疑问的是：在此究竟是否形成了凝胶。当由该方法所获得的膜漂浮在水面上时，该膜的溶胀时间或软化时间短。
US-4542013公开了一种聚合物扩散基质及其制备方法。该基质材料含有第一PVA组分和第二PVA组分，其中第一PVA组分的分子量为约5000至约40000，第二PVA组分的分子量为约90000至约150000，这分别对应于DP为114-909和20456-3409。
正如所提及的，用于制备生物相容的PVAG的所述方法具有以下共同特征：它们从可倾倒的(pourable)溶液开始，并且进行至少一次冷冻/解冻循环。本领域技术人员已知以各种各样的方法获得的PVAG的机械性能随着在溶液中所用PVA的浓度Cp、随着聚合度DP的增加并随着水解度的增加而增加。然而在该方法中，不能彼此独立地最优化参数Cp和DP，这是因为有利的较高聚合度DP导致溶液的粘度显著增加，所以难以制备溶液并且该溶液不再是可倾倒的。最大的溶液粘度在10,000mPa·s的范围内。例如Mowiol66-100是市售的最大分子PVAs之一，其水解度DH为99.4％和聚合度DP为大约4,500，Mowiol66-100在室温下浓度Cp为10％时就已经具有最大可加工粘度10,000mPa·s，在80℃时极限浓度Cp为大约15％。在更高分子量PVA的情况下，极限浓度甚至更低。这是常规方法的重要缺点。另一缺点是常规方法所需的时间长，例如一次冷冻/解冻循环持续至少24h，通过冷冻干燥脱水需要约10h，除去有机溶剂需要数天。总体上，需要能够加工更高浓度Cp，开发更简单和时间更短的方法，以改善PVAG的机械性能(更高的强度和弹性模量)和即使在纯PVA水系统中获得透明度而无需有机溶剂的帮助，该有机溶剂必须再次被100％除去，这实际上是不可能的因为总会存在痕量的溶剂。
本发明描述了所用PVA类型的新的可能性和新方法，由此可以获得这些目标，并且可以获得具有对不同应用的可调节性质的聚乙烯醇凝胶。
发明简述
本发明包括涉及所用PVA类型的一方面和涉及方法的一方面，其中这两方面可以单独使用或者组合使用。
本发明的发明内容如下：
[1].聚乙烯醇凝胶，其特征在于该凝胶包括类型为PVA1、PVA2和PVA3的至少两种聚乙烯醇和溶胀剂，其中PVA1和PVA3的聚合度DP为＞1000，PVA2的聚合度DP为50-100，以及PVA1和PVA2主要是线性的，而PVA3具有一部分长链支链。
[2].聚乙烯醇凝胶，其特征在于其弹性模量E和/或其强度sm为＞5MPa，更优选＞10MPa，特别是＞15MPa，最优选＞20MPa，以及任选地应力-应变曲线在0-300％应变的范围内具有负曲率。
[3].聚乙烯醇凝胶，特别是根据[1]或[2]的聚乙烯醇凝胶，其特征在于该凝胶是从聚乙烯醇和溶胀剂的混合物获得的，其中在形成过程中该混合物的粘度＞10,000mPa·s，特别是通过热塑性加工，例如通过挤出而制造聚乙烯醇和溶胀剂的混合物。
[4].聚乙烯醇凝胶，特别是根据[1]至[3]中任一项的聚乙烯醇凝胶，其特征在于该凝胶是没有使用冷冻/解冻循环而获得的，优选通过在高于凝固点的温度下储存而获得该凝胶，其中任选地进行热处理和/或在储存过程中降低水含量。
[5].根据前述各项的聚乙烯醇凝胶，其特征在于
a)PVA1、PVA2和PVA3的水解度为＞95摩尔％，优选＞98摩尔％，更优选＞99摩尔％，最优选＞99.8摩尔％；和
b)PVA1、PVA2和PVA3的1，2-二醇含量为＜3摩尔％，优选＜1摩尔％，更优选＜0.5摩尔％，最优选＜0.2摩尔％；和
c)在每个单体单元中PVA1、PVA2和PVA3的短链支链的数量＜10-2，优选＜10-3，更优选＜10-4，最优选＜10-6；和
d)PVA1、PVA2和PVA3优选具有无规构象，最优选主要是间同立构构象。
[6].根据前述各项的聚乙烯醇凝胶，其特征在于
a)PVA1和PVA3的聚合度DP＞1000，优选＞2000，更优选＞3000，最优选＞5000；和
b)PVA2的聚合度DP为50-1000，优选60-500，更优选70-300，最优选75-200。
[7].根据前述各项的聚乙烯醇凝胶，其特征在于
a)PVA2相对于PVA的分数wt.％为1-95wt.％，优选2-90wt.％，最优选3-85wt.％；和
b)PVA3相对于PVA的分数为1-80wt.％，优选2-60wt.％，最优选3-50wt.％；和
c)PVA相对于PVA和溶胀剂的分数为5-90wt.％，优选7-95wt.％，最优选10-80wt.％。
[8].根据前述各项的聚乙烯醇凝胶，其特征在于
a)其弹性模量E＞0.1MPa，优选＞1MPa，更优选＞5MPa，特别是＞10MPa，最优选＞15MPa，和任选地，应力-应变曲线在0-300％的范围内具有负曲率；和/或
b)其强度为＞1MPa，优选＞3MPa，更优选＞5MPa，特别是＞10MPa，最优选＞15MPa，和任选地，其断裂伸长率eb＞300％，优选＞400％，更优选＞500％，最优选＞550％。
[9].根据前述各项的聚乙烯醇凝胶，其特征在于其在水中的溶胀度Q为1.01-3，优选为1.03-2，最优选为1.05-1.5。
[10].根据前述各项的聚乙烯醇凝胶，其特征在于获得的凝胶是透明的，特别是通过不使用溶剂而获得的凝胶是透明的。
[11].根据前述各项的聚乙烯醇凝胶在生物医学领域中的用途，例如在组织和支管工程和在整型外科领域中的用途，例如作为人造器官和膜、心瓣膜、血管、尿道、腱、软骨、半月板和椎间盘；在医药和药物领域中作为皮凝胶的用途，例如作为创伤覆盖物和/或用于活性物质经过皮肤的受控释放，和作为用于经口、直肠和可植入的活性物质制剂的受控释放系统；以及在农业领域作为用于除草剂、杀真菌剂、杀虫剂、信息激素和肥料的释放系统；在技术领域作为过滤器和工程膜；在用于色谱分离法和电泳中的分析应用；以及冷却和隔离介质；或作为亲水膜和箔，或作为生物培养的基质或作为用于气味物质(odiferous substance)的受控释放系统。
所用PVA的类型
尽管迄今优选使用最高聚合度DP高达约18,000的完全水解PVA用作具有高强度和弹性模量的PVAG，本发明至少部分采用相反的方法。
一方面，首先使用具有高DP的优选完全水解的PVA1，另一方面结合使用具有适度(特别是约1000-50的低DP)DP的优选完全水解的PVA2与该PVA1。很明显，通过混合PVA1和PVA2，降低了溶液的粘度，并且可以通过溶液法加工较高浓度Cp。例如DP＝360的Mowiol3-98在Cp＝20％和RT下仅仅具有100mPa·s的粘度，并且只有在大约60％的Cp和RT下才能获得10,000mPa·s的极限粘度。在100℃时，Cp甚至可以为约70％。
起初预期PVA2部分会降低所得PVAG的机械性能并且由此至少部分抵消了更高溶液浓度的优点。然而，出乎意料地发现了相反的效果。如果用相同Cp的PVA2代替一部分PVA1，获得了具有更高弹性模量的PVAG，由此上述假定的缺点表现为优点，并添加了更高溶液浓度Cp的明显优点。PVA2的效果可以通过以下事实解释：短链PVA可以很好结晶，即，由此快速并完全地增加PVAG的结晶分数(crystalline fraction)。还发生了PVA1和PVA2的异质结晶(Heterocrystallisation)，即形成构成凝胶的网络的连接点的微晶同时具有PVA1和PVA2大分子，其中短链PVA2大分子引起PVA1大分子链段结晶成异质微晶。因此，得到了整体更高的网络密度，即得到了网孔更细(finer-meshed)的网络，并因此得到所得PVAG的更高弹性模量。
可以通过使用PVA3进一步改善PVAG的机械性能，该PVA3包括长链支链(long-chain branchings)，其中这些长链的DP为＞50，特别是当PVA3与PVA2和/或PVA1结合使用时。因为通过异质结晶将不同的侧链结合到了不同微晶中，形成了另外的网络连接点，这些连接点是共价特性。
方法
增加PVA-水系统的浓度Cp的另一可能性涉及使用热塑性方法，其中制备PVA熔体而不是PVA溶液，并且可以在远远高于10,000mPa·s的粘度下处理。因此，能够在浓度Cp＞＞15％下将甚至超高分子PVA变成无定形态，从该无定形态能够形成凝胶。那么使用常规流延技术不再能够定型，但是可以通过类似于在加工热塑性材料中使用的方法获得成型体，例如通过型铸和注塑或挤出以及压制法获得成型体。然而迄今为止浓度Cp通常在5至最大30％的范围内(取决于PVA的DP)，现在30至约90％是可能的，并且用这种方法也有可能低于30％的浓度，特别是在非常高DP的情况下。随着Cp的增加，当从溶液相形成凝胶的过渡时，与从溶液形成凝胶相比，在凝胶形成方面，PVA-水混合物更加显示出非常不同的行为。然而在该新方法中由于冷冻工艺必须将水从PVA中除去(具有非常高Cp或低水含量的相之外形成冻冰(frozen ice)相)，并由此产生了结晶；在该新方法中，开始Cp就是高的，并且使用冷冻/解冻循环不再是绝对必要的。也有可能在更高温度下通过结晶形成凝胶或网络。例如当Cp为大约40％时，在室温下形成凝胶与施加冷冻/解冻循环时刚好同样有效。设定的Cp越高，开始形成凝胶的温度越高，所以甚至可以使用在温度＞RT下的热处理。在最简单的情况中，在成型后，可以将PVA-水混合物简单地储存在RT下，其中在几小时至几天的时间尺度上形成凝胶。获得的PVAG的强度随Cp连续增加，其中可以设定例如25MPa的值和30MPa的弹性模量，此外可以获得完全透明。如果将以这种方式制备的PVAG置于水中，发生溶胀，由此降低了Cp和机械性能。溶胀度基本上通过设定网络密度而确定，并且还可以通过其参数，特别是最少的参数以限定方式调节溶胀度。形成凝胶的温度以及特别是使用PVA2在此发挥了重要作用，由此本文描写的制备新型聚乙烯醇凝胶的两方面的组合获得了特别重要的结果。使用短链PVA2的另一优点是由此大大降低了低Cp时溶液的粘度以及高Cp时熔体的粘度，当使用热塑性方法时，可以控制热塑过程中的温度，特别是将该温度保持在低温，并因此还可以加工具有非常高Cp的熔体。
发明详述
PVA1、PVA2、PVA3
为了选择合适的PVA类型，区别三种参数，这些参数涉及PVA的规整度(regularity)，例如水解度DH、1，2-二醇含量G、立构规整度和短链支链的分数(fraction)；分子量分布参数，例如DPn、DPw；和大分子拓扑学参数，例如长链的支化度和这些长链或侧链的长度。
对于第一组参数，对PVA1、PVA2和PVA3具有相同的要求，这使得有可能获得PVA的最大可能结晶度和微晶的高稳定性。因此，应该尽可能成比例地保持距理想结构[-CH2-CHOH-]n的偏差。
水解度DH以摩尔％计＞95，优选＞98，更优选＞99，最优选＞99.8。
1，2-二醇含量G以摩尔％计＜3，优选＜1，更优选＜0.5，最优选＜0.2。
短链支链数目/单体单元＜10-2，优选＜10-3，更优选＜10-4，最优选＜10-6。
规整性的其它干扰，例如链中的羰基也是不需要的，但是在常规PVA中，它们的分数通常为＜0.02摩尔％，是可以忽略的。
对于立构规整度，与无规构造相比，优选无规构造，最优选间同立构构造或者最大可行分数的间同立构二元物(syndiotactic dyads。PVA的立构规整度由聚合前体聚合物的单体的类型决定，然后由该聚合物获得PVA，并且由伴随这种聚合的反应条件决定，其中间同立构分数随着聚合过程中的温度降低而增大。
如果前体聚合物是由CH2＝CHOCOR类型的乙酸乙烯酯衍生物聚合的，其中R例如可以为H、CH3、C3H7、C4H9、CClH2、CCl3、CF3、C4H5F4、C6H7F6或C6H5，间同立构二元物的分数随着R基团体积而增大(而1，2-二醇含量有利地降低)，和在前体聚合物中获得的立构规整度在接下来的PVA水解中被保持了下来。因此，单体例如乙酸乙烯酯、氯代乙酸乙烯酯、二氯代乙酸乙烯酯、溴代乙酸乙烯酯，特别是三氟乙酸乙烯酯对于前体聚合物的聚合是特别优选的。
如果从脂族乙烯基酸酯制备前体聚合物，也可获得高分数的间同立构二元物，而所得PVA也具有非常低的1，2-二醇含量。实例是甲酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯和新戊酸乙烯酯。以可以使用新戊酸乙烯酯获得非常高的分子量。
从聚乙酸乙烯酯获得的完全水解的PVAs具有非常高的结晶度的，并也可溶于100℃的水中，而其前体聚合物是从具有大R基团(例如三氟乙酸乙烯酯)的乙酸乙烯酯衍生物获得或者从脂族乙烯基酸酯(例如甲酸乙烯酯、新戊酸乙烯酯)获得的完全水解的PVA甚至不溶于100℃的水中，这是由于1，2-二醇含量低和间同立构二元物含量高的结果。由此这些参数对于结晶度和微晶稳定性的重要性变得很明显。因此这种PVA特别适合用于本发明。
对于分子量分布，对于PVA1、PVA2和PVA3有不同的要求。对于仅仅基于一种PVA的常规PVAG，在文献中通常给出1000至1500的值作为平均聚合度DP的下限，其中在大部分情况下没有指定平均(DPn、DPw、DPv)的类型。从聚乙酸乙烯酯通过皂化获得的PVA的多分散性P＝DPw/DPn为约2-2.5，使用该多分散性可以转化这些平均值，并且有可能进行解释。当DP为约500时，通过常规方法获得了易碎和脆弱的PVAGs。这是可以理解的，因为大分子的长度不足在微晶之间形成有效连接。因此，微晶易于彼此之间滑动，几乎不能获得任何强度。随着DP降低进一步增机了易碎性(crumble consistency)。有效连接的必要条件是大分子的至少两个链段在至少两个微晶中结合在一起。随着DP增加，微晶的数目增加，其中包括PVA大分子的不同链段，并且获得了力学稳定性更高和弹性更高的网络，这就是在常规PVAG中最大可能的DP是有利的原因。在低DP仅仅获得易碎和脆弱的PVAG的事实可能是迄今为止对于PVAG没有考虑低DP的原因。
对于本发明，使用DP＞1000，优选＞2000，更优选＞3000，最优选＞5000的PVAs用于PVA1和PVA3。上限由用于制备超高分子PVA的现有技术给出，并且目前可以制造DP高达约18,000的PVA。
具有相对低DP的PVA用于PVA2，一方面用于降低溶液和熔体的粘度，另一方面用于获得高结晶率和结晶度，以及高的网络密度。DP为50-1000、优选60-500、更优选70-300、最优选75-200的PVA2用于本发明。下限由通过PVA2形成的微晶的稳定性决定(其中，PVA1和PVA3的链段通过异质结晶结合在一起)。在低DP下这些微晶的片晶厚度(lamella thickness)与DP成正比，并且对于温度和溶剂(水)的稳定性随着片晶厚度增加。在高DP下，片晶厚度大都再次降低，这是因为大分子不再以完全伸展的构造结晶，而是优选进行折回(folding back)，并导致更厚的片晶厚度。因此，通过为PVA2选择合适的DP，可获得对微晶稳定性的有利效果，这对于在体内应用是非常重要的。在这一点上最优DP范围为约75-200。对于三种PVA类型的多分散性P＝DPw/DPn，特别是PVA2情况下，P优选＜5，更优选＜3，最优选＜2。
对于拓扑学，常规PVAs主要是线性的，那么在常规PVA中长链支链如果不是完全没有，也是很少出现。对于短链PVA2优选几乎完全或完全线性的，其中几乎总能满足该条件，而长链PVA1不必然地需要尽可能地为直链，如果这些侧链的长度DP＞50，一部分长链支链对于PVA1甚至是有利的。另一方面，对于PVA3，相当部分的长链支链是其功能性的决定特征。并且对于这些长或侧链的聚合度DP的要求与对于PVA2的DP的要求相同。因此有可能将PVA3大分子的不同侧链结合到不同微晶(与PVA1和/或PVA2一起)中，获得这些微晶额外的交联，即获得了更高网络密度。在目前，无法市购PVA3类型的PVAs。然而，从聚苯甲酸乙烯酯获得的PVA，已知可以在苯甲酸乙烯酯聚合过程中，适当的反应条件下获得长链支链。压制备PVA3的另一可能性是通过将PVA2型的PVA接枝到PVA1型的PVA上而提供的，其中可以调节侧链的数量和长度。
混合物
PVA2相对于PVA的分数wt.％为1-95，优选2-90，最优选3-85。对于调节高弹性模量而言大分数的PVA2是特别有利的，其中令人惊异地发现仍然可以获得非常高的应变。
PAV3相对于PVA的分数wt.％为1-80，优选2-60，最优选3-50。
PVA相对于PVA和溶胀剂的分数wt.％为5-90，优选7-95，最优选10-80。
制备和形成凝胶
在聚乙烯醇的浓度Cp＜30％时，尽管使用PVA2时优选通过冷冻/解冻法或在现有技术中描述的该方法的变化形式形成凝胶，另一方面由于粘度降低的可以作为溶液以更高浓度加工，另一方面更迅速地进行凝胶的形成。当粘度对于制备溶液和倾倒这些溶液太高时，使用热塑性方法。热塑性方法的好处也在于可以比溶液法迅速得多地制备PVA和溶胀剂的均匀混合物，其中在大部分情况下也需要高压釜。通过挤出，例如在1-5分钟内可以获得无泡沫的均匀混合物，而制备溶液需要大约1小时，并且该溶液通常具有气泡，随着溶液的粘度增加这些气泡变得更加难以除去。此外，热塑性方法也允许连续制备PVA-溶胀剂混合物，并且通常上可以加工任意大量，而作为间歇法进行的溶液法通常在100g范围内操作。
在浓度Cp为约30-40％时，可以不使用冷冻/解冻法形成凝胶，例如通过将混合物储存在高于该混合物凝固点的温度下形成凝胶。最佳的储存温度随着Cp增加，但还取决于PVA2的分数以及PVA的结构参数。在该浓度范围内，可以通过冷冻/解冻法或不需要冷冻/解冻法获得的机械性能是大致相当的。然而，与冷冻/解冻方法相比，储存明显更容易。机械性能随着浓度Cp增加而显著增加。
在浓度Cp＞40％时，与冷冻/解冻法相比，通过储存获得的机械性能明显更好，并且在浓度＞50％时，热处理变得更加有利。例如在浓度Cp为60％时，可以在大约100℃的温度开始形成凝胶，特别是当使用显著量的PVA2时更是如此。
在由于在凝固点以上储存而合适形成凝胶的浓度范围Cp时，机械性能随着储存时间明显增加，并且在水中的溶胀度显著降低，该动力学被短链PVA2部分和所用PVA的规整结构加速。
在整个浓度范围Cp，可以替换地或额外地施加各种其它工艺步骤以便增加网络密度，并因此增加机械性能和降低溶胀度。例如，PVA-溶胀剂混合物可以缓慢干燥至大气中的平衡水含量为设定的水活度，例如任选地接着在100-180℃的温度进行热处理；并且至少部分发生凝胶形成后，可以将凝胶溶胀并在该状态下进行冷冻/解冻工艺。也可以在部分完成凝胶形成后，通过高能辐射进行交联。在现有技术中描述了大量的工艺及其变化形式，但是它们仅仅应用到溶液法制备的PVA-溶胀剂混合物。这些方法可以替换地或另外地在可以通过热塑性方法获得的浓度范围Cp内使用，并应用于具有PVA2和/或PVA3部分的PVA-溶胀剂混合物。
常规PVAGs通常是不透明的，并且使用有机溶剂获得透明度，该溶剂必须从凝胶中完全除去。使用本发明的凝胶，已经发现当在Cp高于约30％使用热塑性方法时，可以获得完全透明的PVAG，并且能够在PVAG中存在或不存在PVA2部分溶胀后获得该透明度。该透明度有可能有助于在高Cp下PVAG的典型结构尺寸(孔隙率)低于可见光的波长的事实，这是因为PVAG对于该波长显示出同一性并且没有出现浑浊。令人惊异地，由于溶胀，如果PVAG的水含量＞70％，在Cp＞30％时形成凝胶后也可以获得透明度因此，可以以简单的方式获得水含量＜约80％的透明PVAG。
溶胀剂
狭义上的溶胀剂以及溶剂本文中称作溶胀剂。最重要的溶胀剂是水，并且在大部分情况下使用水作为唯一的溶胀剂，或作为与其它溶胀剂的混合物，然而现有技术中描述的溶剂和溶胀剂及其混合物也可以考虑，例如DMSO、二甲基甲酰胺、乙酰胺或多元醇，例如甘油、赤藓醇、木糖醇、山梨醇、甘露糖醇、半乳糖醇、塔格糖、乳糖醇、麦芽糖醇、麦芽酮糖(maltulose)、异麦芽糖(isomalt)、亚甲基二醇(methylene glycol)、乙二醇、二甘醇、三甘醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己三醇。溶胀剂也可以具有盐部分(生理盐溶液)。
其它聚合物
除了PVA以外，PVAG还可以含有用于改善性能和用于特定应用的聚合物，例如合成聚合物，例如聚碳酸酯、聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚乙烯基吡咯烷酮、聚己内酯；或天然来源的聚合物，例如水胶体和多糖，特别是淀粉和淀粉衍生物。
添加剂
简单的填料和功能填料或活性物质称作添加剂，例如用于用作冷却介质的PVAG的粘土矿物，或用作创伤覆盖物(wound coverings)的PVAG的杀菌物质，或用作药剂的释放系统的PVAG的药剂；例如其形式为皮凝胶(dermal gels)、丸粒或片剂。对于这些添加剂，进一步参考有关PVAG的现有技术。
应用
本发明的PVAG可以在所有应用中代替常规PVAG，其中由于制造方法简单和机械性质改进，这种代替是有利的。PVAG通常的应用是在生物医学领域，例如在组织和支管工程(scaffold engineering)领域，和在整形外科领域，例如PVAG作为人造器官和膜、作为心瓣膜、血管、尿道、腱、半月板或椎间盘，其它PVAG可以有利地用作皮凝胶，例如作为创伤覆盖物、和/或用于活性物质经过皮肤的受控释放和作为经口、直肠和可植入的活性物质制剂的受控释放，以及作为农业领域的释放系统(除草剂、杀真菌剂、杀虫剂等)。其它应用涉及过滤器和工程膜(technical membranes)、色谱和电泳领域中的分析凝胶，或使用PVAG作为冷却和隔离介质、作为亲水膜和箔或作为生物培养的基质。
实施例
制备PVAG
使用Brabender捏和机制备本发明的PVAG，其中将颗粒形式的PVA与水一起在80-120rpm的速度和整体温度(mass temperatures)为95-105℃时塑化3-7分钟，并因此获得热塑性熔体。在PVAG的PVA2分数＞15％时，首先至少部分塑化PVA1，然后仅仅加入短链PVA2。如果在高分数PVA2下，一起塑化PVA1和PVA2，PVA2迅速形成粘度相对较低的熔体，结果导致不能对PVA1施加足够的剪切力，并且PVA1的塑化需要非常长的时间或根本不可能塑化。
然后将获得的熔体在压板压蒸机(plate press)中压制，得到0.5厚的膜。对于水含量W＞50％，压制温度为120℃，在较低水含量时该温度为140°。在压制5分钟后，以最大冷却速率将压力机冷却。然后使用Saran膜将获得的膜包裹起来，以保持水含量恒定。将这些与空气避免接触的膜储存在室温和/或进行冷冻/解冻处理。在冷冻/解冻法中，这些膜以约0.2℃速率冷却到-20℃，在该温度下储存12小时，然后以0.2℃的速度再次解冻，并任选地再次冷冻。通过在五氧化磷上干燥24小时后测量失重而确定膜中水含量。
作为参照物的PVAG(PV21)是通过以下方法制备的：首先在95℃制备Cp＝13％的溶液1小时，然后流延成0.5mm厚的膜。为了保持水含量在接下来的冷冻/解冻循环过程中是恒定的，同样将膜用Saran膜覆盖。如上所述进行冷冻/解冻循环。
分析
使用Instron张力试验机测量膜的机械性能，从膜上冲压出样品，样品的长度为13mm，宽度为2mm。蠕变速率为10cm/min。所得测量值分别是至少5次单独的张力试验的平均值。在张力试验后测量所研究的样品的水含量，以作为对照。
为了测量溶胀率，在室温下重量为M0的样品在蒸馏水中储存24h。然后测得溶胀率Q＝Mq/M0，其中Mq为溶胀膜的重量。用吸水纸除去表面的水以测量Mq。
实施例1
图1显示各PVAGs的应力-应变曲线。PVAG的组成和制备参数见表1：
表1
 No. PVA1 PVA2 PVa2[％] W[％] 处理
PV21-F5 DP＝4500，DH＝99.4摩尔％ 0 87 5次循环
PV22-F5 DP＝4500，DH＝99.4摩尔％ 0 73 5次循环
PV24-7d DP＝4500，DH＝99.4摩尔％ 0 52 室温下7天
PV25-7d DP＝4500，DH＝99.4摩尔％ 0 41 室温下7天
PV17-4d DP＝4500， DP＝360， 20 33 70℃调节(Tempered)，
DH＝98.5摩尔％ DH＝98.5摩尔％ 然后室温下4天
PV30-6d DP＝4500，DH＝98.5摩尔％ DP＝360，DH＝98.5摩尔％ 40 28 110℃调节，然后室温下6天
根据现有技术从经历了5次冷冻/解冻循环的溶液获得PVAG PV21-F5，其中Cp＝13％或水含量W＝87％。相应的应力-应变曲线表示可以根据现有技术从溶液开始并经历冷冻/解冻循环获得的机械性能。此时，在张力试验中，应力连续增加，曲线的斜率也增加，并且在整个应变范围内，曲线的二价导数是正的，即存在曲线的正曲率。
使用热塑性方法制备PVAG PV22-F5，水含量W＝73％，因为由于粘度太大的原因，不可能制备具有该水含量的溶液。然后使高粘稠PVA-水混合物进行5次冷冻/解冻循环。测得增加的弹性模量约0.5MPa和增加的强度约5MPa，并且曲线的曲率在整个应变范围内依然是正值。PV22-F5的机械性能是可以从溶液开始接着冷冻/解冻循环而获得的PVAG的典型性能，如果接着施用其它方法，例如部分冻干或在低相对湿度下干燥。因此，PV22-F5代表根据现有技术通过方法的组合可以提供的最大机械性能。然而，在PV22-F5的情况中，仅仅使用冷冻/解冻循环就获得了该性能分布，这是因为可以通过热塑性方法加工高浓度Cp。
通过热塑性方法制备PVAG PV24-7d，水含量W＝52％，然后在室温下储存7天。在该低水含量下，在室温下胶凝过程是很明显的，因此与现有技术相比，机械性能大大改善，弹性模量为约2.5MPa和强度为约13MPa，此外断裂伸长率从约500％增加到约650％。此时，可以观察到应力-应变曲线的定性变化，这是因为在约100％应变时出现负曲率。
在PVAG PV25-7d的情况中，水含量进一步降低到41％，并且再次不使用冷冻/解冻循环，仅仅通过在室温下储存就获得了PVAG，其弹性模量为约5MPa，强度为约20MPa，断裂伸长率为约600％。对于该PVAG而言，在曲线的最初高斜率后，负曲率变得甚至更明显，即，即使在相当低的应变下该PVAG能够吸收高应力，由此与现有技术的PVAG相比，可以获得新的应用可能。该PVAG P25-7能够在50％的应变范围时吸收2MPa的应力，而PVAG PV21-F5仅仅在500％应变时才能达到该应力。
对于PV17-4d和PV30-6d，相对于PVA，使用的PVA2分数为20至40％，上述的趋势是趋向于显著改善机械性能，特别是在低应变(高弹性模量)下曲线中出现突然增加(steep increase)，接着负曲率连续的趋势。该PVAG也使用热塑性方法制备而无需使用冷冻/解冻循环，在PV17-4d的情况中，高粘稠的PVA-水混合物在70℃调节，然后在室温下储存4天，而在PV30-6d情况中在110℃进行调节，然后将PVAG在室温下储存6天。在使用的水含量为33或28％时，在温度明显高于室温时开始快速凝胶形成，而在室温时凝胶形成进行得较慢，并且应用冷冻/解冻循环是相当无效的。在PV30-6d情况中，在令人惊异的550％高应变下获得了弹性模量约30MPa和强度23MPa，即与PV21-F5相比，弹性模量改善了约300的因数。除了降低的水含量，弹性模量的大大提高可以归功于短链PVA2部分，这使得有可能获得PVAG的高结晶率和非常高的结晶度。令人惊异的是，不考虑短链PVA2部分，断裂伸长率仍然达到了非常高的值，这可以归功于PVA1和PVA2的混合物没有导致相分离而是形成异质微晶的事实。PVAG PV30-6d能够在低应变下的拉伸应力下吸收高应力。在压缩下，甚至在较低的变形下也获得了高应力。因此PV30-6d满足了对于机械性能的要求，该机械性能对于例如作为椎间盘的置换物的应用是必须的。
实施例2
图2显示了对于不同PVA和PVA混合物，在3(F3)和5(F5)次冷冻/解冻循环后，PVAG的弹性模量分布与PVA-水混合物的水含量W之间的函数关系。不同之处在于水含量为87％的PVAG是从溶液开始制备的，所有其它PVAGs是使用热塑性方法制备的。基于聚乙烯醇PVA1-A和PVA1-B(聚合度DP都为约4500)的溶液在大约Cp为15％，即具有85％水含量，在80℃时达到溶液的极限粘度10,000cpa，以致于在较低的水含量下不可能再制备溶液并倾倒。只有根据本发明的PVAG才可能获得弹性模量和机械性能显著增加的水含量W＜85％的范围。很明显，相对于所得弹性模量，水含量是占主要的参数，弹性模量随着水含量的降低大大增加。
一方面，曲线PVA1-A，F3和PVA1-A，F5显示出在施加冷冻/解冻循环后通过热塑性方法制备的、水含量减少的PVA-水混合物也产生凝胶，其中弹性模量随着循环的次数增加，如常规PVAG一样。
PVA1-B，F3曲线相对于PVA1-A，F3在整个水含量范围内具有较低的值，这可以归功于以下实事：对于PVA1-A，水解度98.5摩尔％相对于99.4摩尔％是减少，所以这些大分子的可结晶度降低(聚合物链的不规则)。
PVAG到VA1-B，15％PVA2，F3也基于PVA1-B，DH＝98.5％，但是相对于PVA部分含有15％PVA2，短链PVA的聚合度DP为360和DH＝98.5摩尔％。当W＞70％，与PVA1-B，F3相比，弹性模量没有显著差别，这是令人惊异的，因为根据现有技术，当使用具有低DP的PVA时将预期机械性能降低，这是使用具有最高可能DP的PVA的原因。更令人惊异的是，与PVA1-B，F3相比，随着W减少，弹性模量增加，甚至当W＝大约47％时，达到了PVA1-A，F3的PVAG值，这是基于DH＝99.4摩尔％的PVA，而DH＝98.5摩尔％的PVA2具有较低的水解度。此外，当W＜45％时，甚至超过了PVA1-A，F5的弹性模量。因此，通过使用短链PVA部分，可以改善PVAG的机械性能，并且与基于DH更高和经历了更多冷冻/解冻循环的PVA的PVAG相比，可以获得更高的弹性模量。当一起使用短链PVA(PVA2)和长链PVA(PVA1)时的这些优势归功于PVA2的更好的结晶度，由此也可得到更高网络密度。这种效果随着水含量降低而增加。
图3显示对于各种PVAG，PVAG的强度sm与水含量W的函数关系。对于该性能，15％的PVA2部分的影响几乎是中性的，即当在PVA1-B，F3中将15％的部分用PVA2代替，对于强度几乎没有任何影响。然而，应该注意到，由于PVA2部分的作用，熔体的粘度大大降低，并因此加工性变得更容易，这在低W下非常重要。与弹性模量E相比，强度不是很重要，因为PVAG在约＞50％的应变下经历了相当大的不可逆的变形。当实际上使用PVAG时，该不可逆的变形是不理想的，并且拉伸不能超过可逆范围。
实施例3
在图4中，对使用热塑性方法获得的PVAG的弹性模量与水含量W之间的函数作图。在成型后，在室温储存该PVAG7或6天，即不使用冷冻/解冻循环获得该PVAG。很明显，特别是在W＜60％的范围内，可以不使用冷冻/解冻循环，而通过在室温简单储存而获得PVAGs。此时，基于更高水解度的PVA1-As的PVAGs具有最高的弹性模量。在50％＜W＜60％范围内，与基于PVA1-B的PVAG相比，基于含有15％短链PVA的PVA1-B的PVAG显示出稍稍更高的弹性模量，其中随着降低W，逐渐获得基于PVA1-A的PVAG的值。该情况类似于使用冷冻/解冻法(图2)获得的PVAGs。此处还显示出含有PVA2部分的PVAGs产生更高弹性模量，并甚至能够获得基于更高水解度的PVA的PVAGs的弹性模量。
在图5再现作为PVA水含量的函数的、不使用冷冻/解冻而是使用在室温下简单储存获得的的强度sm。此处的情况也类似于通过冷冻/解冻循环的PVAG(图3)。
具有展开的网络(developed network)的PVAG的断裂伸长率eb仅仅与配方、制造参数和储存时间或冷冻/解冻循环次数稍稍相关。此处重要的参数是水含量。图6给出断裂伸长率eb与水含量的函数关系，其中在40％＜W＜60％的范围出现最大值约650％。在更高或更低的水含量W时，eb降低，但是即使当W+30％时，也可以获得eb约55％的非常高的断裂伸长率。
实施例4
图7显示对于在3次冷冻/解冻循环后获得的各种PVAGs，溶胀度Q与PVAG的水含量的函数关系。随着应用更多次数的循环，溶胀度连续减小。通过在室温下储存获得的PVAG水含量的溶胀度的分布可以与通过冷冻/解冻循环获得的PVAG的溶胀度分布相比较，并且随着储存时间的增加同样获得溶胀度的降低。
与PVA1-B，F3的溶胀度相比，在整个水含量范围内，PVA1-B，F3的溶胀度存在明显更高的值。这是因为PVA1-B的较低水解度或DH＝98.5摩尔％的PVA1-A和DH＝99.4摩尔％相当。在这些高水解度的范围内，溶胀度对水解度存在非常明显的依赖性。与DH＝99.4％相比，当DH＝100摩尔％时，溶胀度大大降低。水解度的影响对于其它参数，例如1，2-二醇含量和强烈影响结晶度的立构规整度是典型的。此时，溶胀度随着1，2-二醇含量增加，并随着间同立构部分的增加而降低。因此，可以最优化这些材料参数，获得最小的溶胀度。
令人惊异地，短链PVA2为15％的PVA1-B的溶胀度比没有PVA2部分的PVA1-B的溶胀度小，即除了具有各自已知影响的所述参数外，PVA2分数对于更低的溶胀度也是重要的。比较PVA1-A，F3和具有15％PVA2的PVA1-B，即使当PVA2的水解度相当低，在98.5摩尔％时，出现了这种效果。当使用水解度更高的PVA2时，该效果甚至更明显。这种行为基于以下事实，即结晶度和网络密度随着PVA2分数增加，也就是说获得了网孔更细的网络(finer-mesh networks)，该网络的溶胀相对较弱。溶胀度的结果表明当使用具有PVA2部分的PVA1时，其中两种PVAs具有最大水解度、最小的1，2二醇含量和高间同立构分数，可以在整个水含量范围内获得最小的溶胀度，即稍微高于1的溶胀度。
实施例5
图8显示对于具有不同分数的PVA2的PVAGs，弹性模量的变化与在室温下的储存时间的函数关系。该PVAGs基于DH＝98.5摩尔％和DP＝4500的PVA1-B，并且基于DH＝98.5摩尔％和DP＝360的PVA用作PVA2。使用热塑性方法制备PVAGs，水含量为31％，并在110℃调节。很明显弹性模量随着PVA2分数增加，这归功于短链PVA2的良好结晶度。对97％PVA2的测量值很明显地证明了这一点。令人惊异地，即使当PVA2分数为60％时，PVAGs的断裂伸长率eb不明显地取决于PVA2分数，对于所有PVAGs仅仅是600％，唯一的例外是PVA2分数为97％的PVAG，其中尽管该分数非常高，仍然获得了约100％。直至40％PVA2，强度sm也显示出不是很明显地取决于PVA2分数，并且对于储存时间为6天，强度稍稍大于20MPa，而当PVA2分数为60％时，测得了强度降低到14MPa。在储存时间1天后的溶胀度显示出明显取决于PVA2分数，并且对于0、30、40、60和97％的PVA2分数，溶胀度为1.7、1.4、1.3、1.2和1.05。
在制备包括PVA1-B和PVA2以及31％水的热塑性熔体的过程中，发现在温度＞100℃时开始形成凝胶，这是在110℃进行热处理的原因。然而，明显地，即使在室温下，进一步交联以时间为函数而发生。通过使用更高水解度、降低的1，2-二醇含量和高间同立构分数的PVA1和PVA2，加速了网络形成的动力学，甚至可以获得更低的溶胀度。
实施例6
在下面的实施例中比较在室温下储存过程中和在冷冻/解冻过程下，机械性能的发展。基于DH＝98.5摩尔％和DP＝4500的PVA1-B通过热塑性方法制备PVAG，并使用DH＝98.5摩尔％和DP＝360的20％的PVA2。在70℃热处理PVAG，然后在室温下储存或进行冷冻/解冻循环。表2给出机械性能：
表2
处理 循环[] t<sub>RT</sub>[d] Cp[％] E[MPa] s<sub>m</sub>[MPa] e<sub>b</sub>[％]
储存 1  68  7.40  21.90  560
储存 3  68  18.50  22.50  591
储存 7  68  22.30  23.50  602
储存 14  68  24.10  24.70  621
冷冻/解冻 1  68  18.40  22.50  587
冷冻/解冻 5  68  19.40  23.60  582
溶胀 7  68  5.30  10.60  541
溶胀 14  68  10.20  14.10  583
溶胀 21  68  13.70  17.40  592
在储存3天后，获得的机械性能几乎与在一次冷冻/解冻循环后获得的性能相同。然而，在室温下进一步储存的过程中，机械性能增加，在1或3此冷冻/解冻处理后仅有很小的差别。在水中溶胀的PVAG的机械性能也随着室温下的储存时间显著增加。当使用1，2-二醇含量最小和间同立构分数高的完全水解的PVA时，溶胀的PVAG的机械性能几乎与相应的非溶胀PVAG的机械性能相同。

Claims (40)

1. 聚乙烯醇凝胶，其包括PVA1和PVA3两种类型中的至少一种聚乙烯醇，溶胀剂和PVA2类型的聚乙烯醇，其中PVA1和PVA3的聚合度DP为＞1000，其特征在于PVA2的聚合度DP为50-1000，以及PVA1和PVA2主要是线性的，而PVA3具有一部分长链支链，并且PVA1、PVA2和PVA3的水解度为＞95摩尔％。
2. 根据权利要求1的聚乙烯醇凝胶，其特征在于其弹性模量E和/或其强度sm为＞5MPa，以及任选地应力-应变曲线在0-300％应变的范围内具有负曲率。
3. 根据权利要求2的聚乙烯醇凝胶，其特征在于其弹性模量E和/或其强度sm为＞10MPa，以及任选地应力-应变曲线在0-300％应变的范围内具有负曲率。
4. 根据权利要求3的聚乙烯醇凝胶，其特征在于其弹性模量E和/或其强度sm为＞15MPa，以及任选地应力-应变曲线在0-300％应变的范围内具有负曲率。
5. 根据权利要求4的聚乙烯醇凝胶，其特征在于其弹性模量E或其强度sm为＞20MPa，以及任选地应力-应变曲线在0-300％应变的范围内具有负曲率。
6. 根据权利要求1-5中任一项聚乙烯醇凝胶，其特征在于该凝胶是从聚乙烯醇和溶胀剂的混合物获得的，其中在形成过程中该混合物的粘度＞10,000mPa·s，通过热塑性加工而制造聚乙烯醇和溶胀剂的混合物。
7. 根据权利要求6的聚乙烯醇凝胶，其特征在于该凝胶是从聚乙烯醇和溶胀剂的混合物获得的，其中在形成过程中该混合物的粘度＞10,000mPa·s，通过挤出而制造聚乙烯醇和溶胀剂的混合物。
8. 根据权利要求1-5中任一项的聚乙烯醇凝胶，其特征在于该凝胶是没有使用冷冻/解冻循环而获得的，其中任选地进行热处理和/或在储存过程中降低水含量。
9. 根据权利要求8的聚乙烯醇凝胶，其特征在于该凝胶通过在高于凝固点的温度下储存而获得，其中任选地进行热处理和/或在储存过程中降低水含量。
10. 根据权利要求1-5中任一项的聚乙烯醇凝胶，其特征在于
a)PVA1、PVA2和PVA3的水解度为＞98摩尔％；和
b)PVA1、PVA2和PVA3的1，2-二醇含量为＜3摩尔％；和
c)在每个单体单元中PVA1、PVA2和PVA3的短链支链的数量＜10-2。
11. 根据权利要求10的聚乙烯醇凝胶，其特征在于PVA1、PVA2和PVA3具有无规构象。
12. 根据权利要求1-5中任一项的聚乙烯醇凝胶，其特征在于
a)PVA1和PVA3的聚合度DP＞2000；和
b)PVA2的聚合度DP为50-1000。
13. 根据权利要求12的聚乙烯醇凝胶，其特征在于PVA1和PVA3的聚合度DP＞3000。
14. 根据权利要求13的聚乙烯醇凝胶，其特征在于PVA1和PVA3的聚合度DP＞5000。
15. 根据权利要求12的聚乙烯醇凝胶，其特征在于PVA2的聚合度DP为60-500。
16. 根据权利要求15的聚乙烯醇凝胶，其特征在于PVA2的聚合度DP为70-300。
17. 根据权利要求16的聚乙烯醇凝胶，其特征在于PVA2的聚合度DP为75-200。
18. 根据权利要求1-5中任一项的聚乙烯醇凝胶，其特征在于
a)PVA2相对于PVA的分数为1-95wt.％；和
b)PVA3相对于PVA的分数为1-80wt.％；和
c)PVA相对于PVA和溶胀剂的分数为5-90wt.％。
19. 根据权利要求18的聚乙烯醇凝胶，其特征在于PVA2相对于PVA的分数为2-90wt.％。
20. 根据权利要求19的聚乙烯醇凝胶，其特征在于PVA2相对于PVA的分数为3-85wt.％。
21. 根据权利要求18的聚乙烯醇凝胶，其特征在于PVA3相对于PVA的分数为2-60wt.％。
22. 根据权利要求21的聚乙烯醇凝胶，其特征在于PVA3相对于PVA的分数为3-50wt.％。
23. 根据权利要求18的聚乙烯醇凝胶，其特征在于PVA相对于PVA和溶胀剂的分数为7-95wt.％。
24. 根据权利要求23的聚乙烯醇凝胶，其特征在于PVA相对于PVA和溶胀剂的分数为10-80wt.％。
25. 根据权利要求1的聚乙烯醇凝胶，其特征在于
a)其弹性模量E＞0.1MPa；和/或
b)其强度为＞1MPa。
26. 根据权利要求25的聚乙烯醇凝胶，其特征在于弹性模量E＞1MPa。
27. 根据权利要求26的聚乙烯醇凝胶，其特征在于弹性模量E＞5MPa。
28. 根据权利要求27的聚乙烯醇凝胶，其特征在于弹性模量E＞10MPa。
29. 根据权利要求28的聚乙烯醇凝胶，其特征在于弹性模量E＞15MPa。
30. 根据权利要求25的聚乙烯醇凝胶，其特征在于应力-应变曲线在0-300％的范围内具有负曲率。
31. 根据权利要求25的聚乙烯醇凝胶，其特征在于强度为＞3MPa。
32. 根据权利要求31的聚乙烯醇凝胶，其特征在于强度为＞5MPa。
33. 根据权利要求32的聚乙烯醇凝胶，其特征在于强度为＞10MPa。
34. 根据权利要求33的聚乙烯醇凝胶，其特征在于强度为＞15MPa。
35. 根据权利要求1的聚乙烯醇凝胶，其特征在于其在水中的溶胀度Q为1.01-3。
36. 根据权利要求1的聚乙烯醇凝胶，其特征在于获得的凝胶是透明的。
37. 根据权利要求36的聚乙烯醇凝胶，其特征在于通过不使用溶剂而获得的凝胶是透明的。
38. 根据权利要求1的聚乙烯醇凝胶在生物医学领域中的用途；在医药和药物领域中作为皮凝胶的用途，和作为用于经口、直肠和可植入的活性物质制剂的受控释放系统；在技术领域作为过滤器和工程膜；在用于色谱分离法和电泳中的分析应用；以及冷却和隔离介质；或作为亲水膜和箔，或作为生物培养的基质或作为用于气味物质的受控释放系统。
39. 权利要求38的用途，其特征在于该聚乙烯醇凝胶用于组织和支管工程和整形外科领域中。
40. 权利要求38的用途，其特征在于该聚乙烯醇凝胶在生物医学领域作为人造器官和膜、心瓣膜、血管、尿道、腱、软骨、半月板或椎间盘，在医药和药物领域中作为创伤覆盖物和/或用于活性物质经过皮肤的受控释放。
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004041368A1 (de) * 2004-08-25 2006-03-09 Innogel Ag In situ Polyvinylalkohol Gele
MX2007004645A (es) * 2004-10-19 2007-06-12 Innogel Ag Mezclas de polimero para aplicaciones de moldeo por inyeccion.
JP4096009B2 (ja) * 2005-10-12 2008-06-04 アサヒビール株式会社 組換えタンパクの製造方法
DE102007014620A1 (de) * 2007-03-23 2008-09-25 Innogel Ag Tiefviskose Polymermischung
TWI476239B (zh) * 2008-08-27 2015-03-11 Innogel Ag 低黏度聚合物混合物
JP5694167B2 (ja) 2008-09-15 2015-04-01 マリア・ストローム ビニルアルコールコポリマークリオゲル、ビニルアルコールコポリマー並びにそれらの方法及び製品
JP5720093B2 (ja) * 2008-12-12 2015-05-20 住友化学株式会社 フィラメント用樹脂組成物およびフィラメント
CN102093576B (zh) * 2010-12-31 2012-08-29 天津大学 仿生物软组织材料—聚乙烯醇水凝胶制备方法
CN102205145A (zh) * 2011-05-19 2011-10-05 中国矿业大学 一种仿生软骨材料及其制备工艺
CN105466777B (zh) * 2015-12-14 2017-12-05 成都慧成科技有限责任公司 一种检测微孔膜耐压性能的方法
CN105669084B (zh) * 2016-01-14 2017-11-03 徐州医学院附属医院 一种用于肩关节的仿生材料及其制备方法和应用
EP3445771A4 (en) * 2016-04-22 2020-01-08 Memphasys Limited BIOCOMPATIBLE POLYMERIC MEMBRANES
CN106491517B (zh) * 2016-11-23 2019-12-06 佛山科学技术学院 吡非尼酮pva水凝胶的制备方法及吡非尼酮pva水凝胶
CN107353523B (zh) * 2017-06-21 2019-08-27 永安市三源丰水溶膜有限公司 一种水溶性聚乙烯醇泡沫及其制备方法
CN108774327B (zh) * 2018-05-25 2022-01-11 湖州斯蔓生物材料有限公司 用于制备pva水凝胶的方法、使用其制备的pva水凝胶及复合材料
JP7481710B2 (ja) * 2020-02-06 2024-05-13 信越化学工業株式会社 血管新生デバイス
CN115052640A (zh) * 2020-02-06 2022-09-13 信越化学工业株式会社 血管新生装置
CN111592664A (zh) * 2020-04-20 2020-08-28 北京邮电大学 一种物理交联法制备聚乙烯醇水凝胶的方法
CN112646206B (zh) * 2020-12-21 2022-07-12 青岛大学 一种高透明聚乙烯醇水凝胶及其制备方法和应用
WO2023049784A1 (en) * 2021-09-23 2023-03-30 Kim Junsoo Entangled polymer networks
CN113584978B (zh) * 2021-09-28 2022-02-11 山东大学 一种挡土墙式路基改性pe拉伸格栅的制备工艺
CN113956387B (zh) * 2021-11-02 2023-05-26 安徽皖维高新材料股份有限公司 一种共聚改性聚乙烯醇及其制备方法
CN114773704B (zh) * 2022-02-21 2023-09-26 天津金发新材料有限公司 一种高阻隔、耐低温、耐环境应力开裂的hdpe材料及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4542013A (en) * 1981-07-08 1985-09-17 Key Pharmaceuticals, Inc. Trinitroglycerol sustained release vehicles and preparation therefrom
JPH07117327A (ja) * 1993-10-26 1995-05-09 Nippon Synthetic Chem Ind Co Ltd:The 転写印刷用薄膜
CN1190104A (zh) * 1996-11-28 1998-08-12 可乐丽股份有限公司 聚乙烯醇水凝胶及其制备方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB849389A (en) * 1957-10-09 1960-09-28 Phillips Petroleum Co Blend of microcrystalline wax and olefin polymer and method for production thereof
GB1089525A (en) * 1963-10-23 1967-11-01 Mitsubishi Rayon Co Modified polypropylene fibers and method for preparing the same
JPS4830462B1 (zh) * 1970-02-28 1973-09-20
CA1218604A (en) * 1981-07-08 1987-03-03 Alec D. Keith Trinitroglycerol sustained release vehicles and preparations therefrom
JPS61261341A (ja) * 1985-05-15 1986-11-19 Nitto Electric Ind Co Ltd 含水弾性体組成物
US4835198A (en) * 1986-06-06 1989-05-30 Kuraray Co., Ltd. Polymer composition and textile sizing agent made therefrom
JPS642647A (en) * 1987-06-25 1989-01-06 Tatsuya Kano Wet compress article
JP2609545B2 (ja) * 1988-05-02 1997-05-14 プリントパック・イリノイ・インク 遮断性のすぐれたポリオレフィンフィルム
EP0385599A3 (en) * 1989-02-13 1992-08-05 Exxon Chemical Patents Inc. Film and polymer composition for film
JPH05245138A (ja) 1992-03-03 1993-09-24 Terumo Corp 超音波媒体用ポリビニルアルコールゲルの製造方法
WO1995006556A1 (en) * 1993-09-02 1995-03-09 Quantum Chemical Corporation Biaxially-oriented polypropylene film with improved gas barrier
EP0699710A3 (en) * 1994-09-01 1996-06-26 Bridgestone Corp Polymer with network structure and process for its production
JPH10279762A (ja) * 1997-04-04 1998-10-20 Unitika Chem Co Ltd ポリビニルアルコール系含水ゲル組成物およびそれを主成分とする釣り用疑似餌
AR012582A1 (es) * 1997-04-14 2000-11-08 Dow Global Technologies Inc Composiciones polimericas de elongacion mejorada y formulaciones adhesivas de fusion en caliente que incluyen dicha composicion
JP3588237B2 (ja) * 1997-10-31 2004-11-10 京セラ株式会社 ポリビニルアルコールゲルの製造方法
CA2438530A1 (en) * 2001-03-02 2002-09-12 Exxonmobil Research And Engineering Company Improved melt flow in polymers by high molecular weight fischer-tropsch wax addition
WO2003020516A1 (en) * 2001-08-30 2003-03-13 Toray Plastics (America), Inc. Polyolefin oil resistant film using a wax-containing layer
MX2007004645A (es) * 2004-10-19 2007-06-12 Innogel Ag Mezclas de polimero para aplicaciones de moldeo por inyeccion.

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4542013A (en) * 1981-07-08 1985-09-17 Key Pharmaceuticals, Inc. Trinitroglycerol sustained release vehicles and preparation therefrom
JPH07117327A (ja) * 1993-10-26 1995-05-09 Nippon Synthetic Chem Ind Co Ltd:The 転写印刷用薄膜
CN1190104A (zh) * 1996-11-28 1998-08-12 可乐丽股份有限公司 聚乙烯醇水凝胶及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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Also Published As

Publication number Publication date
ES2370640T3 (es) 2011-12-21
US7750055B2 (en) 2010-07-06
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CN100523091C (zh) 2009-08-05
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EP1613700A1 (de) 2006-01-11
CA2523890A1 (en) 2004-10-28
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ATE517945T1 (de) 2011-08-15

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