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北京科技大學材料科學與工程學院生物醫用材料研究室研制開發的半晶聚乙烯醇水凝膠彈性體是一種新型醫用生物材料，可用于人關節軟骨的修復或替代。本項目成果屬國內外首創，其應用和推廣不但會產生100萬元／年的經濟效益，而且能帶來巨大的社會效益。利用反復冷凍－融化法可將聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，縮寫PVA）水溶液凝膠化而制成聚乙烯醇水凝膠彈性體（PVA hydrogel elastomers, 縮寫PVAHE），由于其PVA結晶度為50％－60％，因此又稱為半晶聚乙烯醇水凝膠彈性體。1998年以來，這種人工關節軟骨材料通過三次動物實驗（共19個月）表明生物相容性很好，植入材料（PVAHE）周圍組織未產生任何炎性反應和退變。2000年6月至2001年10月曾在中國藥品生物制品檢定所動物實驗室進行PVAHE生物學評價并通過產品注冊檢測。目前，已達到臨床應用的水平。從1996年以來，本項目的研究和研制開發工作是在北京市自然科學基金（3962006）、國家自然科學基金（59775038）和北京市科技項目合同（954020400）資助下歷時5年完成的。多年實驗室試驗和動物試驗表明，半晶聚乙烯醇水凝膠彈性體是一種很有產業化前景的醫用表面修復材料，它具有以下特點：（1）潤滑性能良好（摩擦系數0.05，磨損系數小于10-7mm3/Nm）;（2）充分的吸震能力（含水率70％－80％，多微孔）；（3）很好的生物相客性；（4）彈性大，強度高（壓縮模量14MPa，壓縮強度4MPa）；（5）能與宿主骨（軟骨下骨）牢固連接（界面剪切強度1MPa）。 半晶聚乙烯醇水凝膠彈性體的結構和性能非常接近于人關節軟骨，其主要用途是在矯形外科手術中用于修復或替代關節軟骨。典型產品為厚度2~3mm的平板狀水凝膠彈性體（白色、不透明、觸感類似于橡膠）。

聚乙烯醇（PVA）可由非石油路線工業化規模制備，綜合性能優良，具有作為新型塑料的潛質。但PVA多羥基強氫鍵特性使其熔點（226℃）與分解溫度（220-250℃）接近，難以熱塑加工，工業應用主要基于溶液法，僅能制備薄膜、纖維等低維制品或用作助、輔材料如粘結劑、分散劑、乳化劑等，限制了其應用。 針對PVA熱塑加工的世界性難題，本成果根據超分子科學原理，通過分子復合和增塑，破壞PVA自身分子內和分子間氫鍵，在分子水平上控制PVA的聚集態結構，限制其結晶，降低其熔點，得到PVA熱塑加工窗口，建立了如下PVA熱塑加工新技術： 熔融紡絲：通過熔融紡絲制備截面圓形或異形、結構均勻的PVA初生纖維，經多級拉伸、干燥、熱定型制備高性能PVA纖維； 熱塑成膜：采用新型增塑劑增塑PVA，通過吹塑成膜、雙向拉伸成膜或熱壓成膜制備力學性能和阻隔性能優異的PVA薄膜； 吹塑成型：采用中空吹塑成型獲得力學性和阻隔性能優異的PVA中空容器； 熔融擠出發泡、模壓發泡：以水為主增塑劑兼物理發泡劑，經熔融擠出連續發泡和模壓發泡制備高發泡倍率的PVA泡沫材料。 主要技術指標： 熔紡PVA纖維：強度≥10cN/dtex，單纖纖度5-650dtex，模量≥300dtex； PVA吹塑薄膜：拉伸強度≥40MPa（干態）； PVA中空容器：力學性能>30MPa，對汽油阻隔性是PP、HDPE、PET的數十倍，維卡軟化點>100℃，可以滿足熱灌裝和高溫消毒需要； PVA泡沫材料：具強極性，具有板材、片材、薄膜、珠粒、塊體等多種形態，作為重金屬粒子和有機污染物的吸附、過濾分離材料使用時具有快速吸附、易解吸附和可反復沖洗的特點。

1、項目簡介 聚乙烯醇(PVA)是一種綜合性能優異的水溶性高分子材料，可由非石油路線 大規模生產，價格低廉，其氣體阻隔性能出眾。然而，由于 PVA 高分子鏈相鄰羥 基間易形成大量的分子內和分子間氫鍵，使其熱分解溫度（200-250℃）與熔點 （226℃）接近，熔融時即發生熱分解，因而難以熱塑加工。為實現 PVA 的熱塑 加工，通常采用增塑等改性方法，改善熔融加工性能。然而，大量的增塑劑能導 致 PVA 綜合性能（尤其是阻隔性能）明顯下降，同時增塑劑遷移會引起污染接觸物等問題，不能用于食品包裝。 本技術僅添加少量的大分子改性劑（<10wt%），實現 PVA 的熱塑加工。該技 術制備的 PVA 阻隔性能穩定，力學性能提高，無小分子遷移物，可以與其他塑料 進行熔融擠出制備高阻隔復合薄膜。 2、創新要點 該技術所加的改性劑量較少，對性能影響不大； 該技術所加為大分子改性劑，不會引起遷移等問題。

聚乙烯醇(PVA)是一種綜合性能優異的水溶性高分子材料，可由非石油路線大規模生產，價格低廉，其氣體阻隔性能出眾。然而，由于 PVA 高分子鏈相鄰羥基間易形成大量的分子內和分子間氫鍵，使其熱分解溫度（200-250℃）與熔點（226℃）接近，熔融時即發生熱分解，因而難以熱塑加工。為實現 PVA 的熱塑加工，通常采用增塑等改性方法，改善熔融加工性能。然而，大量的增塑劑能導致 PVA 綜合性能（尤其是阻隔性能）明顯下降，同時增塑劑遷移會引起污染接觸物等問題，不能用于食品包裝。 本技術僅添加少量的大分子改性劑（<10wt%），實現 PVA 的熱塑加工。該技術制備的 PVA 阻隔性能穩定，力學性能提高，無小分子遷移物，可以與其他塑料進行熔融擠出制備高阻隔復合薄膜。

隨著合成纖維在人們日常生活中得到越來越廣泛的應用，由合成纖維引發的火災事故也日益得到人們的重視。據統計由紡織品所引起的火災事故已占總火災事故的37.5%，成為火災事故的主要起源，因此阻燃纖維成為化纖行業的研究和發展的重要方向。隨著人民生活水平的提高，對阻燃纖維和紡織品的要求也日趨嚴格，傳統的含鹵阻燃纖維和織物將會受到越來越嚴格的限制。從阻燃纖維的應用市場來看，無鹵化、低毒化、不熔滴、耐久化、低煙、低成本將是阻燃纖維的發展趨勢。 三聚氰胺甲醛(MF)纖維又稱密胺纖維，它主要是以三聚氰胺

開發使用綠色的纖維素基材料和一些可降解的合成高分子，可以緩解“白色污染”與“能源危機”，這符合我國提出的節能減排、低碳經濟的可持續發展戰略，擁有良好的發展前景。江南大學綠色功能復合材料實驗室白繪宇副教授利用聚乙烯醇/纖維素體系環保廉價的優點，并對該體系進行簡單快捷的光敏改性，制備出了具有阻水性能的聚乙烯醇/微纖化纖維素包裝膜材料，和具有吸附性能，敏感性能以及膠粘性能的聚乙烯醇/納米晶纖維素水凝膠材料。這些發明賦予聚乙烯醇以及纖維素等材料新的功能性，拓寬了聚乙烯醇以及纖維素的運用領域。 

傳統的聚乙烯醇制備工藝為在甲醇中的溶液聚合法，根據聚合度的不同要求，調整引發劑及甲醇配比，可以獲得從300-2600左右聚合度的聚乙烯醇。對應更高聚合度的聚乙烯醇，如超過3000以上，溶液聚合方法基本無法實現。因為隨著聚合度的提高，體系粘度太高，存在散熱及輸送困難，轉化率難以提高，因此高聚合度聚乙烯醇只能采用其他聚合方法實現。本課題組成功開發了無皂乳液聚合制備高聚合度聚乙烯醇的方法。其基本原理為在較低的溫度下（低于30度），不添加乳化劑，采用氧化還原引發體系，成功實現了醋酸乙烯單體的無皂乳液聚合。做成的乳液非常穩定，粒子較細，攪拌桿上無殘留物。仍然需要添加少量破乳劑，讓粒子迅速聚并沉淀，然后過濾，洗滌，干燥，得到聚醋酸乙烯酯。在將聚合物溶解在甲醇中，經常規醇解，得到聚乙烯醇。 主要技術指標： 該聚合方法的優點：不添加乳化劑，聚合物純度高，無雜質引入。固體含量可以在30-45%之間，反應過程平穩，聚合速度快，在3-5小時聚合完成，聚合轉化率可以達到99%以上。采用同樣的方法可以獲得不同聚合度的聚乙烯醇，根據GPC及粘度測試對比，聚合度最高可以達到6000。 聚合溫度低，能耗低。項目目前在研制階段，成果權屬為我校獨自擁有。

成果描述：聚乙烯醇縮丁醛樹脂（Polyvinyl Butyral，簡稱PVB），是由聚乙烯醇樹脂（PVA）在催化劑存在下和正丁醛進行縮聚反應得到功能性樹脂。 聚乙烯醇縮丁醛樹脂分為低粘和高粘兩類，低粘度PVB主要用于制備一般的薄膜、粘結劑、涂料、紙張處理、陶瓷等領域；高粘聚乙烯醇縮丁醛樹脂PVB主要用于汽車、飛機、高層建筑玻璃幕墻、潛艇等用安全玻璃的夾層材料，可以在保持良好透光性的前提下提高安全玻璃的抗沖擊性性能。 本成果在高品質PVB樹脂的合成技術的研究開發上進行了卓有成效的工作，應用新型高效混合剪切反應技術、洗液/濾液循環利用技術、無乳縮醛化反應技術和新型高效強制外循環縮醛化反應器成功地解決了現階段國內PVB樹脂普遍存在的問題，改善了高分子鏈條微觀結構，避免高分子鏈條間的交聯，使縮醛度更高更均勻，由此樹脂制得的膜片具有高透光率和低霧度等光學性能，完全可以滿足安全玻璃中間膜的需要。 同時，該技術成果避免了傳統工藝上的低溫反應，可以使初始反應溫度從20℃開始，避免了使用冷凍帶來的高能耗。且工藝過程大大提高了丁醛利用率，降低了生產成本，適合工業化轉化。市場前景分析：聚乙烯醇縮丁醛樹脂分為低粘和高粘兩類，低粘度PVB主要用于制備一般的薄膜、粘結劑、涂料、紙張處理、陶瓷等領域；高粘聚乙烯醇縮丁醛樹脂PVB主要用于汽車、飛機、高層建筑玻璃幕墻、潛艇等用安全玻璃的夾層材料，可以在保持良好透光性的前提下提高安全玻璃的抗沖擊性性能。 目前，世界上生產高品質聚乙烯醇縮丁醛樹脂的公司主要集中在美國、日本和西歐等經濟發達地區， 主要是美國首諾公司( SOLUTION) 、杜邦公司(DUPONT) 、日本積水化學工業公司( SEKESUI) 和德國佳氏福公司( TROSIFOL) 。 我國聚乙烯醇縮丁醛樹脂及膜片的生產企業大概有十余家，樹脂總生產能力達到40000噸/年，膜片總生產能力達到35000噸/年。但其中低粘度聚乙烯醇縮丁醛樹脂占80%以上，安全玻璃用高粘度產品（包括回收國外廢PVB料）不到10%，且品質和國外相比還存在較大差距，主要表現在：顏色發黃、酸值偏高、縮醛度較低（國內一般70%以下，國外可以達到80%以上），透明度、霧度和柔軟性較差等等，每年需要直接從國外進口高粘度高品質的PVB樹脂和膜片，以滿足國內汽車工業和建筑工業的發展所需。 對于國內需求量來說，現在低端產品市場已趨于飽和，但中高端產品市場仍供不應求，許多高端產品仍需從國外大量進口。目前國內僅汽車工業對安全玻璃用的高粘度聚乙烯醇縮丁醛樹脂需求在1.5萬噸/年，且年增長率大約在15%-20%左右，市場發展前景廣闊。與同類成果相比的優勢分析：以500噸/年的規模計算，該項目的投資額大致在1300萬元左右（其中100萬元為流動資金）。據可行性分析計算，聚乙烯醇縮丁醛樹脂的直接生產成本為1.43萬元/噸，車間成本為2.046萬元/噸，工廠成本為2.68萬元/噸，銷售成本為2.71萬元/噸。現目前該產品的市場售價為3.3萬元/噸。企業的年純利潤為220.76萬元，凈投資收益率為16.98%。 國際先進。

本發明涉及一種鈮酸鈉鉀基無鉛壓電陶瓷-聚乙烯醇(PVA)壓電復合材料及其制備 方法。該方法按通式(1-x)(LiaNabK1-a-b)(Nb1-cSbc)O3-xABO3-yM組分配料，以分析純無水 碳酸鹽或氧化物為原料，用傳統陶瓷制備工藝制得陶瓷粉末；將陶瓷粉末與聚乙烯醇按 體積比5/90～95/5的比例配成混合粉料后加入去離子水，再加熱使PVA溶解；然后超聲分 散，將混合粉料烘干后經壓片機冷壓成型，再用馬弗爐加溫處理，最后在其表面濺射金 屬電極，經硅油浴極化，即制得鈮酸鈉鉀基無鉛壓電陶瓷-聚乙烯醇壓電復合材料。該 壓電復合材料為純鈣鈦礦晶相，無雜相；且具有良好的壓電性能與介電性能。

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