一、聚合物水凝膠的研究意義與制備關鍵

聚合物水凝膠是由聚合物大分子鏈通過物理或化學交聯形成的三維網絡結構材料，能吸收大量水分而保持形態穩定。在組織工程支架、藥物緩釋載體、柔性傳感器等領域，水凝膠的性能（如溶脹率、力學強度、生物相容性）高度依賴制備過程中的反應條件控制。

聚合物水凝膠制備的核心環節包括三步：一是聚合物原料的充分溶解，避免因溶解不勻導致網絡結構缺陷；二是交聯改性反應的溫度調控，多數化學交聯反應（如縮合、氧化還原引發）對溫度敏感，溫度波動會直接影響交聯度與反應速率；三是凝膠成型階段的恒溫環境，確保網絡結構均勻生長。其中，精準、穩定的溫度控制是貫穿全流程的核心需求。

二、實驗部分

（一）實驗材料與儀器

1、實驗材料

聚合物原料：聚乙烯醇（PVA，聚合度1750±50，分析純）、海藻酸鈉（SA，低黏度，分析純）；

交聯劑：戊二醛（25%水溶液，分析純）、氯化鈣（CaCl?，分析純）；

其他試劑：鹽酸（HCl，分析純）、去離子水（實驗室自制）。

2、核心儀器

博清生物電熱恒溫水浴鍋；電子天平；磁力攪拌器；流變儀；掃描電子顯微鏡。

（二）實驗方法

1、基于博清水浴鍋的聚合物溶解工藝

以PVA溶解為例，采用博清生物電熱恒溫水浴鍋實現精準溫控溶解，具體步驟如下：

稱取5g PVA粉末，加入95mL去離子水，置于三口燒瓶中，插入溫度計；

將三口燒瓶固定于博清生物水浴鍋的支架上，使液面與水浴介質液面平齊，避免局部受熱不均；

設定水浴鍋溫度為95℃，啟動加熱，同時開啟磁力攪拌（轉速300r/min）；

待水浴溫度穩定在95℃后，持續保溫攪拌2h，直至PVA完全溶解，形成透明均一的PVA水溶液。

2、聚合物化學改性的溫度控制（以PVA交聯改性為例）

利用博清生物水浴鍋調控戊二醛交聯改性反應溫度，步驟如下：

向上述PVA水溶液中滴加1mL 25%戊二醛溶液，用1mol/L HCl調節pH至2.0~3.0；

調整博清生物水浴鍋溫度至60℃，保持水浴穩定，使交聯反應在恒溫條件下進行；

持續反應1.5h，期間通過水浴鍋的數顯面板實時監測溫度，確保波動不超過±0.1℃。

3、水凝膠的恒溫成型制備

分別制備化學交聯PVA水凝膠與物理交聯SA水凝膠，均以博清生物水浴鍋為核心溫控設備：

PVA水凝膠：將交聯后的PVA溶液倒入模具，置于博清生物水浴鍋（溫度60℃）中繼續保溫3h，完成凝膠固化，隨后冷卻至室溫，得到PVA水凝膠樣品；

SA水凝膠：稱取2g SA溶于100mL去離子水，常溫攪拌溶解后，倒入含5% CaCl?溶液的模具中，將模具放入博清生物水浴鍋，設定溫度37℃（模擬人體環境），恒溫靜置2h，形成Ca2?交聯的SA水凝膠。

三、結果與討論

（一）博清生物水浴鍋對聚合物溶解效率的影響

聚合物溶解的充分性直接決定后續凝膠網絡的均一性。實驗對比了不同溫控設備（博清生物水浴鍋、普通水浴鍋、油浴鍋）對PVA溶解過程的影響。

博清生物水浴鍋的溫度波動最小（±0.1℃），可使PVA在最短時間內（2.0h）達到完全溶解，且溶液透明度最高（98.5%）。這得益于其高精度的溫控系統與均勻的水浴熱傳導，避免了局部溫度過高導致的PVA降解，同時減少了溫度過低造成的溶解不完全問題。

（二）溫控精度對聚合物改性效果的影響

以PVA與戊二醛的交聯反應為例，反應速率與交聯度對溫度高度敏感。實驗中，博清生物水浴鍋將反應溫度穩定控制在60℃±0.1℃，通過流變儀測試改性后PVA溶液的黏度變化，結果顯示：反應1.5h后，溶液黏度達到5800mPa?s，交聯度均勻穩定。

對比普通水浴鍋（溫度波動±1.5℃）的實驗結果，其溶液黏度僅為4200mPa?s，且不同批次樣品黏度差異超過15%。這表明，博清生物水浴鍋的精準溫控可確保交聯反應條件一致性，顯著提升實驗重復性與改性效果穩定性。

（三）恒溫成型對水凝膠性能的影響

1、力學性能

通過流變儀測試水凝膠的儲能模量（G'）與損耗模量（G''），結果顯示：

博清水浴鍋制備的PVA水凝膠G'值為1250Pa，G''值為110Pa，力學強度顯著高于普通水浴鍋制備樣品（G'=850Pa，G''=95Pa）；

SA水凝膠在37℃恒溫成型條件下，G'值達到980Pa，凝膠彈性優異，且質地均勻，無局部脆裂現象。

2、微觀結構

SEM觀察結果顯示，博清生物水浴鍋制備的水凝膠呈現均勻的三維多孔網絡結構，孔徑分布集中在50~100μm；而普通水浴鍋制備的樣品孔徑分布不均（20~150μm），且存在局部孔洞塌陷現象。這是因為恒溫環境確保了凝膠網絡的均勻生長，避免了溫度波動導致的局部交聯過快或過慢問題。

3、溶脹性能

在去離子水中測試水凝膠的溶脹率，結果表明：博清生物水浴鍋制備的PVA水凝膠平衡溶脹率為380%，SA水凝膠為850%，且溶脹過程穩定；普通水浴鍋制備樣品的平衡溶脹率分別為320%（PVA）和720%（SA），且溶脹速率波動較大。這進一步證明，精準溫控下形成的均勻網絡結構可提升水凝膠的溶脹穩定性。

四、結論

博清生物電熱恒溫水浴鍋在聚合物溶解、化學改性及水凝膠制備中的應用，得出以下結論：

（一）提升溶解效率與均勻性：該儀器±0.1℃的控溫精度與優異的溫度均勻性，可使聚合物（如PVA、SA）快速充分溶解，縮短溶解時間約 28%，并提高溶液透明度，為后續反應奠定良好基礎。

（二）保障改性反應可控性：在聚合物交聯改性過程中，穩定的溫度環境可精確調控反應速率與交聯度，降低批次間差異，實驗重復性提升至95%以上。

（三）優化水凝膠綜合性能：恒溫成型條件下制備的水凝膠，三維網絡結構均勻，力學強度、溶脹穩定性均顯著優于普通溫控設備制備的樣品，可滿足生物醫學等領域對高性能水凝膠的需求。

博清生物科技（南京）有限公司研發的電熱恒溫水浴鍋憑借其精準、穩定的溫控能力，可作為聚合物溶解改性及水凝膠制備的核心支撐設備，為相關領域的科研實驗與產業化應用提供可靠的溫控解決方案。