• 强氢键作用: 侧链上的羟基(-OH)是PVA所有特性的根源。这些羟基可以在链内和链间形成致密的氢键网络。这种强大的相互作用力赋予了PVA高昂的内聚能。
• 半结晶性: 羟基的尺寸很小，使得PVA分子链能够规整地排列，形成显著的结晶区。结晶度随醇解度的增加而增加。正是这些结晶区起到了物理交联点的作用，使得PVA在冷水中不溶。加热过程提供了足够的能量来破坏这些晶区，从而实现溶解。

• 优异的成膜性: PVA水溶液流延成膜后，可以形成透明、强韧、耐磨的薄膜。
• 高力学强度: 强大的氢键网络赋予了PVA材料（如薄膜、纤维）很高的拉伸强度和韧性。
• 卓越的气体阻隔性: 在干燥状态下，PVA致密的氢键网络和结晶结构使其对氧气、氮气、二氧化碳等非极性气体具有极低的透过率，是已知最好的气体阻隔材料之一。但这种性能在潮湿环境下会因水分子破坏氢键而急剧下降。
• 生物降解性: PVA是少数几种可以被微生物降解的乙烯基聚合物。在特定微生物群（如污水污泥中）的作用下，其主链可以被酶切断并最终被矿化。

PVA强大的氢键形成能力使其能与多种聚合物，特别是天然高分子，进行有效的物理共混，以实现性能的互补与提升。

PVA与淀粉、纤维素、壳聚糖、明胶等天然高分子具有优异的相容性，是绿色包装和生物材料领域的研究热点。

• PVA/淀粉共混物: 这是最常见的共混体系。PVA的加入可以显著改善淀粉基材料的力学性能和耐水性，同时降低成本并保持材料的生物降解性。这类共混膜被广泛研究用于可降解包装袋、农用地膜等。

纯PVA膜通常较硬且脆，需要添加增塑剂来改善其柔韧性。

• 增塑剂: 水是PVA最有效的增塑剂，但其含量不稳定。因此，工业上常使用甘油、乙二醇、山梨醇等多元醇作为永久性增塑剂，它们可以插入PVA链间，削弱氢键作用，增加链段的活动能力。
• 改善其他材料: 将少量PVA添加到其他聚合物体系中，可以提高其亲水性、粘合性或印染性能。

PVA是一种经典而高效的保护剂，其保护作用主要体现在作为保护胶体和物理保护涂层。

这是PVA在工业上最核心的应用之一，特别是在乳液聚合中。以生产白乳胶（聚醋酸乙烯酯乳液）为例：

• 稳定乳液颗粒: 在聚合过程中，PVA分子会吸附在正在形成的聚醋酸乙烯酯（PVAc）颗粒表面。其疏水的主链部分锚定在PVAc颗粒上，而亲水的羟基链段则伸向水相中，形成一层空间位阻保护层。这层保护层能有效防止乳液颗粒发生聚集，从而确保得到稳定、均匀的乳液产品。

在纺织工业中，PVA是最高效的经纱上浆剂。将PVA溶液涂覆在经纱（特别是棉、涤纶及其混纺纱线）表面，干燥后形成一层坚韧、光滑的保护膜。这层膜可以：

• 增强耐磨性: 保护纱线在高速织布机上免受反复摩擦和张力的损伤。
• 减少毛羽: 将纱线表面的短纤维粘合起来，使纱线更光滑，减少断头率，提高织布效率和布面质量。织布完成后，这层浆料可以通过热水洗涤轻松去除。

PVA可以形成水溶性的保护膜，用于对金属、塑料、玻璃等产品的表面进行临时保护，防止在运输和加工过程中被划伤或污染。使用完毕后，用水即可轻松洗掉保护层。

PVA是构建生物医用级水凝胶最重要和最通用的材料之一，其交联方法多样，且成品具有优良的生物相容性。

• 物理交联法 (冻融法): 这是制备PVA水凝胶最独特和最吸引人的方法。将PVA水溶液反复进行“冷冻-解冻”循环，PVA链段会发生局部聚集和重排，形成微小的结晶区。这些物理性的微晶区起到了交联点的作用，将聚合物链连接成三维网络，形成高强度、高弹性的水凝胶。该方法无需任何化学交联剂，因此成品生物相容性极佳。
• 化学交联法: PVA链上的大量羟基可以与多种化学交联剂反应，如戊二醛、环氧氯丙烷等，形成化学交联的PVA水凝胶。

PVA水凝胶因其多孔网络结构和生物相容性，被广泛用作药物控制释放的基质。药物分子被包埋在水凝胶网络中，通过扩散作用缓慢释放出来，可以实现药物的长期、平稳给药。

PVA水凝胶，特别是通过冻融法制备的，因其独特的力学性能和生物相容性，在组织工程领域展现出巨大潜力。

• 人工软骨: 冻融PVA水凝胶具有与天然关节软骨相似的低摩擦系数、高含水量和优异的抗压弹性。因此，它被认为是目前最有前途的人工软骨替代材料之一，用于修复关节损伤。
• 伤口敷料: PVA水凝胶可以为伤口提供一个湿润的愈合环境，同时吸收伤口渗出液。它柔软、不粘连伤口，并且可以负载抗菌药物或生长因子，促进伤口愈合。

• 栓塞剂: 精确筛分的PVA微球或颗粒是医学上广泛使用的永久性栓塞剂。通过导管将其注入到特定的血管中，可以阻断对肿瘤（如肝癌、子宫肌瘤）的血液供应，达到“饿死”肿瘤的治疗目的。
• 眼科应用: 与PVP类似，PVA也因其良好的润滑性和生物相容性，被用作人工泪液和隐形眼镜润湿液中的主要成分，以缓解眼部干涩。

聚乙烯醇是一种具有悠久安全使用历史的材料，被广泛认为是无毒、无刺激性、生物相容性良好的高分子。它已被美国FDA等权威机构批准用于多种与人体接触的应用，包括药物辅料（如片剂包衣）、医疗器械（如栓塞剂）和食品包装材料。

PVA在体内的行为主要取决于其给药途径和物理形态。

• 口服给药: 口服的PVA基本不被胃肠道吸收，会以原形随粪便排出。
• 作为植入物或栓塞剂: 当以水凝胶或微球形式植入体内时，PVA化学性质非常稳定，不发生降解。它会被机体识别为异物，并被一层薄的纤维包囊包裹起来，在体内长期保持惰性状态。

PVA的安全性风险主要来自其生产过程中的残留物。

• 残留醋酸乙烯酯: PVA由聚醋酸乙烯酯（PVAc）醇解制得，因此最终产品中可能含有微量的未反应的醋酸乙烯酯单体，该单体具有一定毒性。
• 残留醇解溶剂: 醇解过程通常在甲醇中进行，因此产品中也可能有甲醇残留。

因此，所有医用级的PVA都必须经过严格的纯化和检测，确保这些残留物的含量符合药典规定的极其严格的安全标准。

PVA的合成方法非常特殊，因为它不能通过其名义上的单体——乙烯醇来直接聚合。乙烯醇单体是一种不稳定的烯醇，会立即重排成其更稳定的互变异构体——乙醛。因此，PVA必须通过间接的、两步法来制备：

1. 第一步：聚醋酸乙烯酯(PVAc)的合成
   首先，通过醋酸乙烯酯(VAc)单体的自由基聚合，合成出前体聚合物——聚醋酸乙烯酯(PVAc)。这个过程通常采用溶液聚合、乳液聚合或悬浮聚合进行。最终PVA的分子量（或聚合度）在这一步被决定。


2. 第二步：聚醋酸乙烯酯的醇解
   将上一步得到的PVAc溶解在溶剂（通常是甲醇）中，然后在酸（如硫酸）或碱（如氢氧化钠）的催化下，与甲醇发生醇解反应。PVAc侧链上的醋酸酯基(-OCOCH₃)被羟基(-OH)取代，同时生成副产物醋酸甲酯。

醇解度 (Degree of Hydrolysis) 是PVA最重要的参数，它决定了PVA的最终性能。通过精确控制第二步醇解反应的催化剂用量、反应时间和温度，可以得到不同醇解度的PVA产品，如：

• 部分醇解级 (87-89%): 含有较多残留的醋酸酯基，冷水溶解性更好，表面活性更高，常用作保护胶体。
• 完全醇解级 (>98%): 羟基含量高，结晶能力强，耐水性、力学强度和气体阻隔性更好，但需在热水中溶解。

PVA的牌号和性能主要由两个核心指标来定义：醇解度和聚合度（或粘度）。

• 醇解度 (Degree of Hydrolysis, DH): 这是最重要的指标。通常通过化学滴定法（皂化值法）或更精确的¹H-NMR波谱法来测定。在NMR谱中，通过比较与羟基相连的次甲基质子峰和与残余醋酸酯基相连的次甲基质子峰的积分面积，可以精确计算出醇解度。
• 聚合度 (Degree of Polymerization, DP) / 粘度: 这是表征其分子量大小的指标。工业上最常用的方法是测量其4%（w/w）水溶液在20°C下的粘度，单位为mPa·s。粘度值越高，代表其分子量或聚合度越大。

• 傅里叶变换红外光谱 (FTIR): 可用于快速定性分析。其特征吸收峰包括一个非常宽而强的O-H伸缩振动峰（~3300 cm⁻¹），以及C-H伸缩和弯曲振动峰。通过观察残余的酯基C=O峰（~1735 cm⁻¹）的强度，可以半定量地判断醇解程度。
• 差示扫描量热法 (DSC): 用于精确测量PVA的玻璃化转变温度(Tg)和熔点(Tm)。熔点的高低和熔融焓的大小直接反映了PVA的结晶度，而结晶度又与醇解度密切相关。

PVA在表面工程中是一种功能强大的“亲水改性剂”和“功能性基底”，其丰富的羟基官能团为表面功能化提供了巨大的灵活性。

利用PVA优异的成膜性和亲水性，可以方便地对疏水材料表面进行改性。

• 提高亲水性与生物相容性: 通过简单的浸涂、旋涂或喷涂，可以在多种基材（如PET, PS, 玻璃）表面形成一层PVA涂层。为了使涂层耐水，通常需要进行后续的交联处理，如热处理（脱水交联）或用戊二醛等化学交联剂处理。改性后的表面变得高度亲水、润滑，并能有效抵抗蛋白质和细胞的非特异性吸附。

PVA膜或PVA水凝胶表面密布的羟基是进行二次化学修饰的理想“锚点”。

• 生物分子的共价固定: PVA表面的羟基可以通过活化（如用 tresyl chloride 或 CDI 活化）来共价连接带有氨基或巯基的生物分子，如抗体、酶、多肽等。这被广泛用于构建生物传感器、亲和层析介质和功能化植入器械。

在微电子和微机电系统（MEMS）的制造中，PVA可以作为一种高性能的“牺牲层”。将PVA溶液旋涂在基板上形成均匀薄膜，然后在上面构建复杂的微结构。制造完成后，只需将整个器件浸入水中，PVA牺牲层就会溶解，从而将微结构从基板上无损地释放下来。