凝膠的性質(zhì)及其作用PPT課件

1、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(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)六、凝膠的幾種應(yīng)用七、 幾種重要的凝膠第1頁(yè)/共18頁(yè)一、 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(diǎn)的性質(zhì)（剛性

2、還是柔性）和形成結(jié)構(gòu)時(shí)根據(jù)分散相質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)（剛性還是柔性）和形成結(jié)構(gòu)時(shí)質(zhì)點(diǎn)間連接的性質(zhì)（結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度），可分為質(zhì)點(diǎn)間連接的性質(zhì)（結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(dòng)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(dòng)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(wú)機(jī)凝膠，大多屬于剛性凝膠。等無(wú)機(jī)凝膠，大多屬于剛性凝膠。第2頁(yè)/共18頁(yè)(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

3、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、 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(diǎn)既不沉降，也不能自由行動(dòng)，而是析出的質(zhì)點(diǎn)既不沉降，也不能自由行動(dòng)，而是構(gòu)成骨架，通過(guò)整個(gè)溶液形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。構(gòu)成骨架，通過(guò)整個(gè)溶液形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。第3頁(yè)/共18頁(yè)2. 凝膠形成的方法凝膠形成

4、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(jí)脂肪酸鈉鹽與乙醇混合制得；固體酒精是由高級(jí)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(gè)聚沉過(guò)程整個(gè)聚沉過(guò)程中得一個(gè)特殊中得一個(gè)特殊階段。階段。第4頁(yè)/共18頁(yè)(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(shí)，如果條件合適可形成凝膠。利用化學(xué)反應(yīng)生成不溶物時(shí)，如果條件合適可形成凝膠。三、 凝膠的性質(zhì)1.凝膠的膨脹作用凝膠的膨脹作用 彈性凝

5、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(shí)很易改變自身的體積，其吸收液體使自身體或釋出液體時(shí)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(shí)際上是從有結(jié)構(gòu)的體系轉(zhuǎn)變?yōu)橛|變作用實(shí)際上是從有結(jié)構(gòu)的體系轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁o(wú)結(jié)構(gòu)無(wú)結(jié)構(gòu)”的體的體系。系。凝膠溶膠(等溫)搖動(dòng)(觸變作用)靜止(膠凝作用)第5頁(yè)/共18頁(yè)3.脫水收縮作用脫水收縮作用 凝膠在老化過(guò)程中會(huì)發(fā)生特殊的分層現(xiàn)象，稱為脫水收凝膠在老化過(guò)程中會(huì)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(lái)

6、說(shuō)，彈性凝膠的離漿作用是個(gè)可逆過(guò)程，它是膨一般來(lái)說(shuō)，彈性凝膠的離漿作用是個(gè)可逆過(guò)程，它是膨脹作用的逆過(guò)程；剛性凝膠的離漿作用是不可逆的。脹作用的逆過(guò)程；剛性凝膠的離漿作用是不可逆的。 脫水收縮現(xiàn)象的實(shí)際例子很多，如人體衰老時(shí)皮膚的變脫水收縮現(xiàn)象的實(shí)際例子很多，如人體衰老時(shí)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(xì)管結(jié)構(gòu)，因而比表干膠都具有多孔性的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，因而比表面積較大，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附能力。面積較大，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)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

7、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(shí)由于高分子鏈段收縮，形成緊密堆積，干燥時(shí)由于高分子鏈段收縮，形成緊密堆積，故其干膠幾乎沒(méi)有可測(cè)量的孔道，比表面積較小。吸附能故其干膠幾乎沒(méi)有可測(cè)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。第6頁(yè)/共18頁(yè)四、 凝膠的作用及其影響因素1. 溶膠凝膠轉(zhuǎn)變時(shí)的現(xiàn)象溶膠凝膠轉(zhuǎn)變時(shí)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(shí)，無(wú)嚴(yán)格恒定的轉(zhuǎn)變溫度，高分子溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槟z時(shí)，無(wú)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(diǎn)（膠凝溫度）常比熔常與冷卻的快慢有關(guān)，并且凝點(diǎn)（膠凝溫度）

8、常比熔點(diǎn)（液化溫度）低，相差點(diǎn)（液化溫度）低，相差1020。滯后現(xiàn)象的原因：大分子溶液過(guò)冷到一定程度后才開滯后現(xiàn)象的原因：大分子溶液過(guò)冷到一定程度后才開始固化并進(jìn)行結(jié)晶作用。始固化并進(jìn)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(shí)常放熱。高分子溶液形成凝膠時(shí)常放熱。放出的熱量是連續(xù)的，在冷卻曲線上無(wú)突變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。放出的熱量是連續(xù)的，在冷卻曲線上無(wú)突變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。第7頁(yè)/共18頁(yè)(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(qiáng)增強(qiáng)(4) 流動(dòng)性質(zhì)流動(dòng)性質(zhì)失去流動(dòng)性，獲得了彈性。失去流動(dòng)性，獲得了彈性。(5) 電導(dǎo)電導(dǎo)電導(dǎo)無(wú)明顯變化。電導(dǎo)無(wú)明顯變化。說(shuō)明凝膠中離子的遷移率未

9、受阻礙，從說(shuō)明凝膠中離子的遷移率未受阻礙，從而說(shuō)明水凝膠中必然含有連通的毛細(xì)管而說(shuō)明水凝膠中必然含有連通的毛細(xì)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)。第8頁(yè)/共18頁(yè)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(guò)程可以看作是質(zhì)點(diǎn)之間的吸引，膠凝過(guò)程可以看作是質(zhì)點(diǎn)之間的吸引，濃度大，質(zhì)點(diǎn)間距離近，膠凝速度快濃度大，質(zhì)點(diǎn)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，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

10、0.005%；（2）溫度的影響）溫度的影響溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，不利于形成結(jié)構(gòu)，使膠溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)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。第9頁(yè)/共18頁(yè)（3）電解質(zhì)的影響）電解質(zhì)的影響鹽類對(duì)明膠的影響主要來(lái)自于陰離子。鹽類對(duì)明膠的影響主要來(lái)自于陰離子。感膠離子序：感膠離子序：SO42C4H4O62-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(gè)離子減慢膠凝；

11、離子開始的各個(gè)離子減慢膠凝；I和和SCN則阻止膠凝。則阻止膠凝。綜合起來(lái)，鹽類對(duì)明膠的影響如下：綜合起來(lái)，鹽類對(duì)明膠的影響如下：濃度較稀時(shí)，與聚沉作用有關(guān)；濃度較稀時(shí)，與聚沉作用有關(guān)；濃度相當(dāng)高時(shí)濃度相當(dāng)高時(shí), 與鹽析作用有關(guān)與鹽析作用有關(guān)(I、SCN除外除外)第10頁(yè)/共18頁(yè)五、 凝膠中的擴(kuò)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(jìn)行各種物理過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)的介作為在其中進(jìn)行各種物理過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)。質(zhì)。物理過(guò)程：物理過(guò)程：導(dǎo)電和擴(kuò)散；導(dǎo)電和擴(kuò)散；

12、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(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，也可以是兩種溶液在凝膠中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)。利用在凝膠中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，可以獲得毫米利用在凝膠中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，可以獲得毫米級(jí)的單晶。級(jí)的單晶。第11頁(yè)/共18頁(yè)六、 凝膠的幾種應(yīng)用凝膠在國(guó)民經(jīng)濟(jì)與人們?nèi)粘Ｉ钪姓加兄匾z在國(guó)民經(jīng)濟(jì)與人們?nèi)粘Ｉ钪姓加兄匾匚弧９I(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

13、物學(xué)和生理學(xué)中有重要意義的細(xì)胞膜，紅血球膜和肌肉組織的纖維都義的細(xì)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(guò)程，如血液的凝是凝膠狀物體。不少生理過(guò)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)用第12頁(yè)/共18頁(yè) 生物分子下游純化的對(duì)象一般包括蛋白、酶、重組蛋生物分子下游純化的對(duì)象一般包括蛋白、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(cè)定生物分子的各物理和化學(xué)特性，然后通過(guò)首先需要測(cè)定生物分子的各物理和化學(xué)特性，然

14、后通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇出最有效的純化流程。實(shí)驗(yàn)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(lái)，凝膠以優(yōu)良的成型性、韌彈性、載近年來(lái)，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(wú)毒無(wú)刺激性等優(yōu)點(diǎn)，在治療皮膚等疾病方無(wú)毒無(wú)刺激性等優(yōu)點(diǎn)，在治療皮膚等疾病方面廣泛應(yīng)用。面廣泛應(yīng)用。第13頁(yè)/共18頁(yè)（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(duì)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(duì)溫度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光、度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光、pH、離子強(qiáng)度等敏感，得到釋、離子強(qiáng)度等敏

15、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(guò)量高于普通凝膠劑。普通皮吸收速率，使藥物累積透過(guò)量高于普通凝膠劑。普通凝膠劑中藥物易流失，而脂質(zhì)體凝膠劑有藥物貯庫(kù)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(kù)效應(yīng)，可增加藥物在皮膚中的滯留時(shí)間而達(dá)到緩釋目的?？稍黾铀幬镌谄つw中的滯留時(shí)間而達(dá)到緩釋目的。第14頁(yè)/共18頁(yè)1. 硅酸鋁凝膠硅酸鋁凝膠簡(jiǎn)稱

16、硅鋁凝膠簡(jiǎn)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(dá)到自身質(zhì)量的吸水量可達(dá)到自身質(zhì)量的5001000倍。倍。第15頁(yè)/共18頁(yè)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(duì)油品有選擇吸收能力。油水體系中對(duì)油品有選擇吸收能力。第16頁(yè)/共18頁(yè)對(duì)本課程的評(píng)價(jià)：對(duì)本課程的評(píng)價(jià)：1.課堂上老師講課認(rèn)真負(fù)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(rèn)真負(fù)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(shí)，對(duì)考研的同學(xué)來(lái)說(shuō)受益無(wú)老師在學(xué)期結(jié)束涉及到物理化學(xué)的相關(guān)知識(shí)，對(duì)考研的同學(xué)來(lái)說(shuō)受