聚乙烯醇薄膜的流变学特性与功能化制备研究：从溶液行为到薄膜性能优化

本研究系统探究了不同浓度PVA溶液的流变学行为（2.5-8% w/v），通过Ostwald-De Waele等模型解析其非牛顿流体特性，优选5% w/v浓度成功制备出具有优异机械性能（UTS=31.02 MPa）、高透明度（透光率>90%）和可控降解性（3h水稳定性）的PVA薄膜，为医用敷料和食品包装材料开发提供了理论依据和技术支撑。

　　

在生物医学和包装材料领域，开发兼具优异机械性能和可控降解性的高分子薄膜一直是研究热点。聚乙烯醇（PVA）因其独特的生物相容性和成膜特性备受关注，但其溶液流变行为与最终薄膜性能的构效关系尚不明确。特别是不同浓度PVA溶液在动态剪切条件下的相变规律、温度依赖性等关键参数缺乏系统研究，这严重制约了高性能PVA薄膜的精准制备。

为解决这一科学问题，赞詹医科大学（Zanjan University of Medical Sciences）药物纳米技术系的研究团队在《Heliyon》发表了创新性研究成果。该研究采用多尺度表征技术，首先通过旋转流变仪（Brookfield R/S-CPS+）和动态力学分析仪（Anton Paar MCR300）系统考察了2.5-8% w/v PVA溶液的剪切/振荡流变特性，继而通过溶剂浇铸法制备薄膜，并综合运用场发射扫描电镜（FESEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）等技术全面表征其理化性能。

【溶液流变特性】
应变扫描显示2.5% w/v溶液在<0.1%应变下呈现线性粘弹区，而高浓度溶液表现出反常的固-液转变行为。频率扫描发现5% w/v溶液在低频区（<2 rad/s）储能模量（G'）大于损耗模量（G"），形成典型凝胶网络结构，其弛豫时间（λ）经Sisko模型计算为0.069s。温度扫描揭示所有溶液在50°C附近出现凝胶化转变点，其中5% w/v溶液的复粘度（η*）在80°C时达峰值0.54 Pa·s。

【薄膜性能表征】
优选5% w/v溶液制备的薄膜厚度为52±6 μm，AFM显示表面粗糙度（Ra）仅5.167 nm。XRD证实薄膜结晶度（21.81%）较原料（54.40%）显著降低，DSC检测到玻璃化转变温度（T_g）降至47.46°C。力学测试显示薄膜具有优异延展性（断裂伸长率60.9%）和强度（拉伸强度31.02 MPa），水接触角40.44°证实其超亲水性。

【功能特性】
薄膜水蒸气透过率（WVTR）达48.30 g·m/m²·day·Pa，孔隙率1.89%保障了透气性。溶解实验显示其在水环境中保持结构完整性达3小时，TG分析表明薄膜在480°C才发生主链断裂，热稳定性优于原料。

该研究首次建立了PVA溶液流变参数与薄膜性能的定量关系模型，特别是发现5% w/v溶液在动态剪切下呈现独特的"浓度-粘度反转效应"。这一发现为精准调控医用敷料的机械强度和降解速率提供了新思路，所开发的薄膜在透光率（>90%）和生物相容性方面均满足FDA医疗器械标准。研究团队进一步指出，该体系可通过掺杂纳米粒子构建多功能复合材料，在智能伤口敷料和活性食品包装领域具有广阔应用前景。