一、聚合物水凝胶的研究意义与制备关键

聚合物水凝胶是由聚合物大分子链通过物理或化学交联形成的三维网络结构材料，能吸收大量水分而保持形态稳定。在组织工程支架、药物缓释载体、柔性传感器等领域，水凝胶的性能（如溶胀率、力学强度、生物相容性）高度依赖制备过程中的反应条件控制。

聚合物水凝胶制备的核心环节包括三步：一是聚合物原料的充分溶解，避免因溶解不匀导致网络结构缺陷；二是交联改性反应的温度调控，多数化学交联反应（如缩合、氧化还原引发）对温度敏感，温度波动会直接影响交联度与反应速率；三是凝胶成型阶段的恒温环境，确保网络结构均匀生长。其中，精准、稳定的温度控制是贯穿全流程的核心需求。

二、实验部分

（一）实验材料与仪器

1、实验材料

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

交联剂：戊二醛（25%水溶液，分析纯）、氯化钙（CaCl₂，分析纯）；

其他试剂：盐酸（HCl，分析纯）、去离子水（实验室自制）。

2、核心仪器

博清生物电热恒温水浴锅；电子天平；磁力搅拌器；流变仪；扫描电子显微镜。

（二）实验方法

1、基于博清水浴锅的聚合物溶解工艺

以PVA溶解为例，采用博清生物电热恒温水浴锅实现精准温控溶解，具体步骤如下：

称取5g PVA粉末，加入95mL去离子水，置于三口烧瓶中，插入温度计；

将三口烧瓶固定于博清生物水浴锅的支架上，使液面与水浴介质液面平齐，避免局部受热不均；

设定水浴锅温度为95℃，启动加热，同时开启磁力搅拌（转速300r/min）；

待水浴温度稳定在95℃后，持续保温搅拌2h，直至PVA完全溶解，形成透明均一的PVA水溶液。

2、聚合物化学改性的温度控制（以PVA交联改性为例）

利用博清生物水浴锅调控戊二醛交联改性反应温度，步骤如下：

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

调整博清生物水浴锅温度至60℃，保持水浴稳定，使交联反应在恒温条件下进行；

持续反应1.5h，期间通过水浴锅的数显面板实时监测温度，确保波动不超过±0.1℃。

3、水凝胶的恒温成型制备

分别制备化学交联PVA水凝胶与物理交联SA水凝胶，均以博清生物水浴锅为核心温控设备：

PVA水凝胶：将交联后的PVA溶液倒入模具，置于博清生物水浴锅（温度60℃）中继续保温3h，完成凝胶固化，随后冷却至室温，得到PVA水凝胶样品；

SA水凝胶：称取2g SA溶于100mL去离子水，常温搅拌溶解后，倒入含5% CaCl₂溶液的模具中，将模具放入博清生物水浴锅，设定温度37℃（模拟人体环境），恒温静置2h，形成Ca²⁺交联的SA水凝胶。

三、结果与讨论

（一）博清生物水浴锅对聚合物溶解效率的影响

聚合物溶解的充分性直接决定后续凝胶网络的均一性。实验对比了不同温控设备（博清生物水浴锅、普通水浴锅、油浴锅）对PVA溶解过程的影响。

博清生物水浴锅的温度波动最小（±0.1℃），可使PVA在最短时间内（2.0h）达到完全溶解，且溶液透明度最高（98.5%）。这得益于其高精度的温控系统与均匀的水浴热传导，避免了局部温度过高导致的PVA降解，同时减少了温度过低造成的溶解不完全问题。

（二）温控精度对聚合物改性效果的影响

以PVA与戊二醛的交联反应为例，反应速率与交联度对温度高度敏感。实验中，博清生物水浴锅将反应温度稳定控制在60℃±0.1℃，通过流变仪测试改性后PVA溶液的黏度变化，结果显示：反应1.5h后，溶液黏度达到5800mPa・s，交联度均匀稳定。

对比普通水浴锅（温度波动±1.5℃）的实验结果，其溶液黏度仅为4200mPa・s，且不同批次样品黏度差异超过15%。这表明，博清生物水浴锅的精准温控可确保交联反应条件一致性，显著提升实验重复性与改性效果稳定性。

（三）恒温成型对水凝胶性能的影响

1、力学性能

通过流变仪测试水凝胶的储能模量（G'）与损耗模量（G''），结果显示：

博清水浴锅制备的PVA水凝胶G'值为1250Pa，G''值为110Pa，力学强度显著高于普通水浴锅制备样品（G'=850Pa，G''=95Pa）；

SA水凝胶在37℃恒温成型条件下，G'值达到980Pa，凝胶弹性优异，且质地均匀，无局部脆裂现象。

2、微观结构

SEM观察结果显示，博清生物水浴锅制备的水凝胶呈现均匀的三维多孔网络结构，孔径分布集中在50~100μm；而普通水浴锅制备的样品孔径分布不均（20~150μm），且存在局部孔洞塌陷现象。这是因为恒温环境确保了凝胶网络的均匀生长，避免了温度波动导致的局部交联过快或过慢问题。

3、溶胀性能

在去离子水中测试水凝胶的溶胀率，结果表明：博清生物水浴锅制备的PVA水凝胶平衡溶胀率为380%，SA水凝胶为850%，且溶胀过程稳定；普通水浴锅制备样品的平衡溶胀率分别为320%（PVA）和720%（SA），且溶胀速率波动较大。这进一步证明，精准温控下形成的均匀网络结构可提升水凝胶的溶胀稳定性。

四、结论

博清生物电热恒温水浴锅在聚合物溶解、化学改性及水凝胶制备中的应用，得出以下结论：

（一）提升溶解效率与均匀性：该仪器±0.1℃的控温精度与优异的温度均匀性，可使聚合物（如PVA、SA）快速充分溶解，缩短溶解时间约 28%，并提高溶液透明度，为后续反应奠定良好基础。

（二）保障改性反应可控性：在聚合物交联改性过程中，稳定的温度环境可精确调控反应速率与交联度，降低批次间差异，实验重复性提升至95%以上。

（三）优化水凝胶综合性能：恒温成型条件下制备的水凝胶，三维网络结构均匀，力学强度、溶胀稳定性均显著优于普通温控设备制备的样品，可满足生物医学等领域对高性能水凝胶的需求。

博清生物科技（南京）有限公司研发的电热恒温水浴锅凭借其精准、稳定的温控能力，可作为聚合物溶解改性及水凝胶制备的核心支撑设备，为相关领域的科研实验与产业化应用提供可靠的温控解决方案。