凝膠的性質(zhì)及其作用

1、 凝膠的性質(zhì)及其應(yīng)用凝膠的性質(zhì)及其應(yīng)用 凝 膠 一、 凝膠的概念及分類 二、 凝膠的形成 三、 凝膠的性質(zhì) 四、 膠凝作用及其影響因素 五、 凝膠中的擴散和化學(xué)反應(yīng) 六、凝膠的幾種應(yīng)用 七、 幾種重要的凝膠 一、一、 凝膠的概念及分類凝膠的概念及分類 1.概念概念：凝膠是膠體體系的一種存在形式，它是由膠體體：凝膠是膠體體系的一種存在形式，它是由膠體體 系中分散相顆粒相互聯(lián)結(jié)，搭成具有三維結(jié)構(gòu)的骨架后形系中分散相顆粒相互聯(lián)結(jié)，搭成具有三維結(jié)構(gòu)的骨架后形 成的，具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體系，膠體體系中原有的分散介成的，具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體系，膠體體系中原有的分散介 質(zhì)（液體）充填在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙之中。質(zhì)（液

2、體）充填在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙之中。 2.分類分類 根據(jù)分散相質(zhì)點的性質(zhì)（剛性還是柔性）和形成結(jié)構(gòu)時根據(jù)分散相質(zhì)點的性質(zhì)（剛性還是柔性）和形成結(jié)構(gòu)時 質(zhì)點間連接的性質(zhì)（結(jié)構(gòu)的強度），可分為質(zhì)點間連接的性質(zhì)（結(jié)構(gòu)的強度），可分為剛性凝膠剛性凝膠與與 彈性凝膠彈性凝膠兩大類。兩大類。 (1)剛性凝膠（不可逆凝膠）剛性凝膠（不可逆凝膠） 分散相顆粒和由它構(gòu)成的骨架都具有剛性的、活動性小的分散相顆粒和由它構(gòu)成的骨架都具有剛性的、活動性小的 凝膠，稱為凝膠，稱為剛性凝膠剛性凝膠(rigid gel)。例如，例如，SiO2、TiO2、 V2O5、Fe2O3等無機凝膠，大多屬于剛性凝膠。等無機凝膠，大多屬于剛性凝

3、膠。 (2) 彈性凝膠（可逆性凝膠）彈性凝膠（可逆性凝膠） 由分子柔順性良好的高分子化合物作為分散相構(gòu)成的凝膠，由分子柔順性良好的高分子化合物作為分散相構(gòu)成的凝膠， 稱為稱為彈性凝膠彈性凝膠(elastic gel)。 例如，明膠、瓊脂等均屬此類。例如，明膠、瓊脂等均屬此類。 二、二、 凝膠的形成凝膠的形成 1. 凝膠形成的基本條件：凝膠形成的基本條件： (1)降低溶解度，使被分散的物質(zhì)從溶液中以降低溶解度，使被分散的物質(zhì)從溶液中以“膠膠 體分散狀態(tài)體分散狀態(tài)”析出；析出； (2)析出的質(zhì)點既不沉降，也不能自由行動，而是析出的質(zhì)點既不沉降，也不能自由行動，而是 構(gòu)成骨架，通過整個溶液形成連續(xù)的

4、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。構(gòu)成骨架，通過整個溶液形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 2. 凝膠形成的方法凝膠形成的方法 (1)改變溫度改變溫度 2%得甲基纖維素水溶液加熱到得甲基纖維素水溶液加熱到5060成凝膠。成凝膠。 (2)加入非溶劑加入非溶劑 固體酒精是由高級脂肪酸鈉鹽與乙醇混合制得；固體酒精是由高級脂肪酸鈉鹽與乙醇混合制得； Ca(Ac)2的飽和水溶液加入乙醇，可形成凝膠。的飽和水溶液加入乙醇，可形成凝膠。 (3)加入鹽類加入鹽類 可看作是溶膠可看作是溶膠 整個聚沉過程整個聚沉過程 中得一個特殊中得一個特殊 階段。階段。 (4)化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 利用化學(xué)反應(yīng)生成不溶物時，如果條件合適可形成凝膠。利用化學(xué)反應(yīng)生成不溶

5、物時，如果條件合適可形成凝膠。 三、三、 凝膠的性質(zhì)凝膠的性質(zhì) 1.凝膠的膨脹作用凝膠的膨脹作用 彈性凝膠由線型高分子構(gòu)成，因分子鏈有柔性，故吸收彈性凝膠由線型高分子構(gòu)成，因分子鏈有柔性，故吸收 或釋出液體時很易改變自身的體積，其吸收液體使自身體或釋出液體時很易改變自身的體積，其吸收液體使自身體 積增大的現(xiàn)象稱為膨脹作用。積增大的現(xiàn)象稱為膨脹作用。 2.觸變作用觸變作用 觸變作用實際上是從有結(jié)構(gòu)的體系轉(zhuǎn)變?yōu)橛|變作用實際上是從有結(jié)構(gòu)的體系轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁o結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)”的體的體 系。系。 凝膠 溶膠(等溫) 搖動(觸變作用) 靜止(膠凝作用) 3.脫水收縮作用脫水收縮作用 凝膠在老化過程中會發(fā)生特殊的分層

6、現(xiàn)象，稱為脫水收凝膠在老化過程中會發(fā)生特殊的分層現(xiàn)象，稱為脫水收 縮作用或離漿作用?？s作用或離漿作用。 一般來說，彈性凝膠的離漿作用是個可逆過程，它是膨一般來說，彈性凝膠的離漿作用是個可逆過程，它是膨 脹作用的逆過程；剛性凝膠的離漿作用是不可逆的。脹作用的逆過程；剛性凝膠的離漿作用是不可逆的。 脫水收縮現(xiàn)象的實際例子很多，如人體衰老時皮膚的變脫水收縮現(xiàn)象的實際例子很多，如人體衰老時皮膚的變 皺、面制食品的變硬、淀粉漿糊的皺、面制食品的變硬、淀粉漿糊的“干落干落”等。等。 4. 吸附吸附 非彈性凝膠：非彈性凝膠：干膠都具有多孔性的毛細管結(jié)構(gòu)，因而比表干膠都具有多孔性的毛細管結(jié)構(gòu)，因而比表 面積較

7、大，從而表現(xiàn)出較強的吸附能力。面積較大，從而表現(xiàn)出較強的吸附能力。 硅膠是典型的非彈性凝膠，廣泛用作干燥劑、吸附劑或硅膠是典型的非彈性凝膠，廣泛用作干燥劑、吸附劑或 催化劑載體等。催化劑載體等。 彈性凝膠：彈性凝膠：干燥時由于高分子鏈段收縮，形成緊密堆積，干燥時由于高分子鏈段收縮，形成緊密堆積， 故其干膠幾乎沒有可測量的孔道，比表面積較小。吸附能故其干膠幾乎沒有可測量的孔道，比表面積較小。吸附能 力較非彈性凝膠小。力較非彈性凝膠小。 四、四、 凝膠的作用及其影響因素凝膠的作用及其影響因素 1. 溶膠凝膠轉(zhuǎn)變時的現(xiàn)象溶膠凝膠轉(zhuǎn)變時的現(xiàn)象 (1)轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度 高分子溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槟z時，無嚴(yán)格恒定

8、的轉(zhuǎn)變溫度，高分子溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槟z時，無嚴(yán)格恒定的轉(zhuǎn)變溫度， 常與冷卻的快慢有關(guān)，并且凝點（膠凝溫度）常比熔常與冷卻的快慢有關(guān)，并且凝點（膠凝溫度）常比熔 點（液化溫度）低，相差點（液化溫度）低，相差1020。 滯后現(xiàn)象的原因：大分子溶液過冷到一定程度后才開滯后現(xiàn)象的原因：大分子溶液過冷到一定程度后才開 始固化并進行結(jié)晶作用。始固化并進行結(jié)晶作用。 (2) 熱效應(yīng)熱效應(yīng) 高分子溶液形成凝膠時常放熱。高分子溶液形成凝膠時常放熱。 放出的熱量是連續(xù)的，在冷卻曲線上無突變的轉(zhuǎn)折點。放出的熱量是連續(xù)的，在冷卻曲線上無突變的轉(zhuǎn)折點。 (3) 光學(xué)效應(yīng)光學(xué)效應(yīng) Tyndall效應(yīng)效應(yīng)(光散射光散射)增強增強

9、 (4) 流動性質(zhì)流動性質(zhì) 失去流動性，獲得了彈性。失去流動性，獲得了彈性。 (5) 電導(dǎo)電導(dǎo) 電導(dǎo)無明顯變化。電導(dǎo)無明顯變化。 說明凝膠中離子的遷移率未受阻礙，從說明凝膠中離子的遷移率未受阻礙，從 而說明水凝膠中必然含有連通的毛細管而說明水凝膠中必然含有連通的毛細管 空間系統(tǒng)，其中充滿著分散介質(zhì)?？臻g系統(tǒng)，其中充滿著分散介質(zhì)。 2. 影響膠凝作用的因素影響膠凝作用的因素 （1）溶液濃度）溶液濃度 膠凝過程可以看作是質(zhì)點之間的吸引，膠凝過程可以看作是質(zhì)點之間的吸引， 濃度大，質(zhì)點間距離近，膠凝速度快濃度大，質(zhì)點間距離近，膠凝速度快. 明膠濃度濃度低于明膠濃度濃度低于0.7-0.9%,不形成凝膠

10、，不形成凝膠， 稱為明膠的最低膠凝濃度。稱為明膠的最低膠凝濃度。 洋菜的最低膠凝濃度為洋菜的最低膠凝濃度為0.2%； V2O5的最低膠凝濃度為的最低膠凝濃度為0.005%； （2）溫度的影響）溫度的影響 溫度升高，分子熱運動加劇，不利于形成結(jié)構(gòu)，使膠溫度升高，分子熱運動加劇，不利于形成結(jié)構(gòu)，使膠 凝速度減慢。凝速度減慢。但是但是,有些分散相的溶解度隨溫度升高有些分散相的溶解度隨溫度升高 而降低其膠凝速度隨溫度升高而加快。而降低其膠凝速度隨溫度升高而加快。 （3）電解質(zhì)的影響）電解質(zhì)的影響 鹽類對明膠的影響主要來自于陰離子。鹽類對明膠的影響主要來自于陰離子。 感膠離子序：感膠離子序： SO42C

11、4H4O62-Ac-Cl-NO3- ClO3-Br-I-SCN- Cl-離子以前的諸離子加速膠凝；離子以前的諸離子加速膠凝； 從從Cl-離子開始的各個離子減慢膠凝；離子開始的各個離子減慢膠凝； I和和SCN則阻止膠凝。則阻止膠凝。 綜合起來，鹽類對明膠的影響如下：綜合起來，鹽類對明膠的影響如下： 濃度較稀時，與聚沉作用有關(guān)；濃度較稀時，與聚沉作用有關(guān)； 濃度相當(dāng)高時濃度相當(dāng)高時, 與鹽析作用有關(guān)與鹽析作用有關(guān)(I、 SCN除外除外) 五、五、 凝膠中的擴散和化學(xué)反應(yīng)凝膠中的擴散和化學(xué)反應(yīng) 水凝膠中的水是連續(xù)相，構(gòu)成凝膠骨架的分散水凝膠中的水是連續(xù)相，構(gòu)成凝膠骨架的分散 相也是連續(xù)相。因此，凝膠

12、和液體一樣，可以相也是連續(xù)相。因此，凝膠和液體一樣，可以 作為在其中進行各種物理過程和化學(xué)反應(yīng)的介作為在其中進行各種物理過程和化學(xué)反應(yīng)的介 質(zhì)。質(zhì)。 物理過程：物理過程：導(dǎo)電和擴散；導(dǎo)電和擴散； 化學(xué)反應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)：可以是凝膠中的物質(zhì)和外加溶液間可以是凝膠中的物質(zhì)和外加溶液間 的化學(xué)反應(yīng)，也可以是兩種溶液在凝膠中進行的化學(xué)反應(yīng)，也可以是兩種溶液在凝膠中進行 化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)。 利用在凝膠中進行的化學(xué)反應(yīng)，可以獲得毫米利用在凝膠中進行的化學(xué)反應(yīng)，可以獲得毫米 級的單晶。級的單晶。 六、六、 凝膠的幾種應(yīng)用凝膠的幾種應(yīng)用 凝膠在國民經(jīng)濟與人們?nèi)粘Ｉ钪姓加兄匾z在國民經(jīng)濟與人們?nèi)粘Ｉ钪姓加兄?/p>

13、要 地位。工業(yè)上，橡膠軟化劑的應(yīng)用，皮革的地位。工業(yè)上，橡膠軟化劑的應(yīng)用，皮革的 鞣制，紙漿的生產(chǎn)，吸附劑、催化劑和離子鞣制，紙漿的生產(chǎn)，吸附劑、催化劑和離子 交換劑的使用；生物學(xué)和生理學(xué)中有重要意交換劑的使用；生物學(xué)和生理學(xué)中有重要意 義的細胞膜，紅血球膜和肌肉組織的纖維都義的細胞膜，紅血球膜和肌肉組織的纖維都 是凝膠狀物體。不少生理過程，如血液的凝是凝膠狀物體。不少生理過程，如血液的凝 結(jié)、人體的衰老等都與凝膠作用有關(guān)。結(jié)、人體的衰老等都與凝膠作用有關(guān)。 幾種應(yīng)用：幾種應(yīng)用： （1）凝膠生物學(xué)中應(yīng)用）凝膠生物學(xué)中應(yīng)用 生物分子下游純化的對象一般包括蛋白、酶、重組蛋生物分子下游純化的對象一般

14、包括蛋白、酶、重組蛋 白、單抗、抗體及抗原、肽類、病毒、核酸等。純化前白、單抗、抗體及抗原、肽類、病毒、核酸等。純化前 首先需要測定生物分子的各物理和化學(xué)特性，然后通過首先需要測定生物分子的各物理和化學(xué)特性，然后通過 實驗選擇出最有效的純化流程。實驗選擇出最有效的純化流程。 （2）凝膠在藥劑學(xué)中的應(yīng)用）凝膠在藥劑學(xué)中的應(yīng)用 近年來，凝膠以優(yōu)良的成型性、韌彈性、載近年來，凝膠以優(yōu)良的成型性、韌彈性、載 藥量大、釋藥性好和藥量大、釋藥性好和 無毒無刺激性等優(yōu)點，在治療皮膚等疾病方無毒無刺激性等優(yōu)點，在治療皮膚等疾病方 面廣泛應(yīng)用。面廣泛應(yīng)用。 （3）新技術(shù)在凝膠劑中的應(yīng)用）新技術(shù)在凝膠劑中的應(yīng)用

15、l環(huán)境敏感性凝膠環(huán)境敏感性凝膠 環(huán)境敏感性凝膠是利用凝膠所具有的一些性質(zhì)，如對溫環(huán)境敏感性凝膠是利用凝膠所具有的一些性質(zhì)，如對溫 度、電場、磁場、光、度、電場、磁場、光、pH、離子強度等敏感，得到釋、離子強度等敏感，得到釋 藥可控的凝膠，是一種理想的自調(diào)式給藥系統(tǒng)，廣泛應(yīng)藥可控的凝膠，是一種理想的自調(diào)式給藥系統(tǒng)，廣泛應(yīng) 用于智能型給藥系統(tǒng)中。用于智能型給藥系統(tǒng)中。 l脂質(zhì)體凝膠脂質(zhì)體凝膠 由于脂質(zhì)體的類生物膜結(jié)構(gòu)，提高了凝膠劑中藥物的透由于脂質(zhì)體的類生物膜結(jié)構(gòu)，提高了凝膠劑中藥物的透 皮吸收速率，使藥物累積透過量高于普通凝膠劑。普通皮吸收速率，使藥物累積透過量高于普通凝膠劑。普通 凝膠劑中藥物

16、易流失，而脂質(zhì)體凝膠劑有藥物貯庫效應(yīng)，凝膠劑中藥物易流失，而脂質(zhì)體凝膠劑有藥物貯庫效應(yīng)， 可增加藥物在皮膚中的滯留時間而達到緩釋目的?？稍黾铀幬镌谄つw中的滯留時間而達到緩釋目的。 1. 硅酸鋁凝膠硅酸鋁凝膠 簡稱硅鋁凝膠簡稱硅鋁凝膠(silica-alumina gel)。 在石油工業(yè)中是一種重要的吸附劑和催化劑。在石油工業(yè)中是一種重要的吸附劑和催化劑。 2. 高吸水性聚合物高吸水性聚合物 如：淀粉丙烯腈接枝共聚水解物、淀粉丙如：淀粉丙烯腈接枝共聚水解物、淀粉丙 烯酸接枝共聚物、纖維丙烯腈接枝共聚物等。烯酸接枝共聚物、纖維丙烯腈接枝共聚物等。 吸水量可達到自身質(zhì)量的吸水量可達到自身質(zhì)量的500

17、1000倍。倍。 3. 高吸油性凝膠高吸油性凝膠 吸油材料是用于處理廢油的功能材料。吸油材料是用于處理廢油的功能材料。 主要是主要是各類合成樹脂各類合成樹脂，特別是以，特別是以丙烯酸酯類為單丙烯酸酯類為單 體體合成的吸油樹脂。合成的吸油樹脂。 不僅可以吸油，在加壓下也有良好的保油性，在不僅可以吸油，在加壓下也有良好的保油性，在 油水體系中對油品有選擇吸收能力。油水體系中對油品有選擇吸收能力。 對本課程的評價：對本課程的評價： 1.課堂上老師講課認真負責(zé)，講課內(nèi)容豐富，我們學(xué)習(xí)到膠體與我們的生課堂上老師講課認真負責(zé)，講課內(nèi)容豐富，我們學(xué)習(xí)到膠體與我們的生 活貼近，增加了同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性?；钯N近，增加了同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性。 2.老師在學(xué)期結(jié)束涉及到物理化學(xué)的相關(guān)知識，對考研的同學(xué)來說受益無老師在學(xué)期結(jié)束