高分子水凝膠簡介

1、 水凝膠的定義水凝膠的基本性質(zhì)水凝膠的分類水凝膠的制備水凝膠的應(yīng)用研究前景目錄目錄 水凝膠是一種能夠在水中溶脹并水凝膠是一種能夠在水中溶脹并保持一定水分而又不溶于水的具保持一定水分而又不溶于水的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型功能高分有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型功能高分子材料，兼有固體和液體的性質(zhì)子材料，兼有固體和液體的性質(zhì)水凝膠具有良好的生物相容性水凝膠具有良好的生物相容性 , ,自自 2020世世紀紀 40 40 年代以來年代以來 , ,有關(guān)水凝膠的合成、理有關(guān)水凝膠的合成、理化性質(zhì)以及在生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中化性質(zhì)以及在生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中的應(yīng)用研究十分活躍的應(yīng)用研究十分活躍定義定義 溶脹收縮行為 吸水

2、溶脹是水凝膠的一個重要特征。在溶脹過程中 ，一方面水溶劑力圖滲入高聚物內(nèi)使其體積膨脹，另一方面由于交聯(lián)聚合物體積膨脹 ,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)分子鏈向三維空間伸展 ，分子網(wǎng)絡(luò)受到應(yīng)力產(chǎn)生彈性收縮能而使分子網(wǎng)絡(luò)收縮。當這兩種相反的傾向相互抗衡時 ，達到了溶脹平衡 , 可見凝膠的體積之所以溶脹或收縮是由于凝膠內(nèi)部的溶液與其周圍的溶液之間存在著滲透壓 。水凝膠的溶脹收縮行為通常用凝膠溶脹前后的質(zhì)量百分比表示 ,對于膜的溶脹也常用膜面積的變化表示。性質(zhì)性質(zhì) 力學(xué)性能水凝膠不僅要求具有良好的溶脹性能 ，而且應(yīng)具有理想的力學(xué)強度 ,以滿足實際的需要。大多數(shù)水凝膠在溶脹狀態(tài)下呈橡膠態(tài) ，當水凝膠處于橡膠態(tài)時 ,它的力學(xué)行

3、為主要依賴于聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ，在足夠低的溫度下 ，這些凝膠失去橡膠彈性而表現(xiàn)為粘彈性。 力學(xué)性能研究水凝膠力學(xué)性能必須很好地掌握橡膠彈性及粘彈性理論 ，橡膠彈性及粘彈性理論基于鏈的取向和結(jié)構(gòu)的回復(fù)與時間的關(guān)系 ,前者不依賴于時間 ，而后者與時間有關(guān)。 通過使用描述力學(xué)行為的理論 ，能夠分析聚合物的結(jié)構(gòu) ,測定交聯(lián)鏈間的有效分子量以及闡明彈性活動鏈交聯(lián)成環(huán)的數(shù)目 ,有時候也必須使用理論外推力學(xué)性能以確定所選用的材料。 形狀大小對外界刺激的響應(yīng)情況宏觀凝膠與微觀凝膠 (微球) 之分，形狀的不同宏觀凝膠又可分為柱狀、多孔海綿狀、纖維狀、膜狀、球狀等 ,目前制備的微球有微米級及納米級之分 傳統(tǒng)的水凝膠

4、和環(huán)境敏感的水凝膠 。傳統(tǒng)的水凝膠對環(huán)境的變化如溫度或 pH 等的變化不敏感 ，而環(huán)境敏感的水凝膠是指自身能感知外界環(huán)境 (如溫度、pH、光、電、壓力等) 微小的變化或刺激 ，并能產(chǎn)生相應(yīng)的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)變化甚至突變的一類高分子凝膠。 分類分類 合成材料水凝膠的網(wǎng)絡(luò)鍵合合成高分子水凝膠和天然高分子水凝膠。天然高分子優(yōu)點具有更好的生物相容性、對環(huán)境的敏感性以及豐富的來源、低廉的價格 ，但缺點是天然高分子材料穩(wěn)定性較差 ,易降解 分為物理凝膠和化學(xué)凝膠。物理凝膠是通過物理作用力如靜電作用、氫鍵、鏈的纏繞等形成的，這種凝膠是非永久性的，通過加熱凝膠可轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤海砸脖环Q為假凝膠或熱可逆凝膠?；?/p>

5、學(xué)凝膠是由化學(xué)鍵交聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡(luò)聚合物，是永久性的，又稱為真凝膠。 單體聚合并交聯(lián)聚合物交聯(lián)載體的接枝共聚制備 單體聚合并交聯(lián)合成水凝膠的單體很多 ,大致分為中性、酸性、堿性 3 種。水凝膠可以由一種或多種單體采用電離輻射、紫外照射或化學(xué)引發(fā)聚合并交聯(lián)而得。 一般來說 ，在形成水凝膠過程中需要加入少量的交聯(lián)劑。Nogao ka等在不使用交聯(lián)劑的情況下通過輻射引發(fā)使單體在水溶液中交聯(lián)合成聚 N-異丙基丙烯酰胺水凝膠 ，這種方法操作簡單 ，交聯(lián)度可通過改變單體濃度及輻射條件來控制 ，無任何添加成分 ，不會污染產(chǎn)品 ,可以一步完成產(chǎn)品的制備及消毒。 與傳統(tǒng)方法相比 ，合成的凝膠更均勻 ，更有利于其

6、性質(zhì)的研究及生產(chǎn)更方便。 聚合物交聯(lián)從聚合物出發(fā)制備水凝膠有物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)兩種。 物理交聯(lián)通過物理作用力如靜電作用、離子相互作用、氫鍵、鏈的纏繞等形成?；瘜W(xué)交聯(lián)是在聚合物水溶液中添加交聯(lián)劑 ，如在PVA 水溶液中加入戊二醛可發(fā)生醇醛縮合反應(yīng)從而使 PVA 交聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠。從聚合物出發(fā)合成水凝膠的最好方法是輻射交聯(lián)法 ，所謂輻射交聯(lián)是指輻照聚合物使主鏈線性分子之間通過化學(xué)鍵相連接。 載體的接枝共聚水凝膠的機械強度一般較差 ， 為了改善水凝膠的機械強度 ，可以把水凝膠接枝到具有一定強度的載體上。在載體表面產(chǎn)生自由基是最為有效的制備接枝水凝膠的技術(shù) ，單體可以共價地連接到載體上。通常在載

7、體表面產(chǎn)生自由基的方法有電離輻射、紫外線照射、等離子體激化原子或化學(xué)催化游離基等，其中電離輻射技術(shù)是最常采用的產(chǎn)生載體表面自由基的一種技術(shù)。 日用品 工業(yè)用品農(nóng)業(yè)、土建生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用 日用品 水凝膠作為一種高吸水性材料 ，廣泛地應(yīng)用于香料載體以及紙巾等方面 ，用量不大 ，價格能為消費者接受 ，目前用在該領(lǐng)域的材料主要是交聯(lián)的聚丙烯酸鹽及淀粉-丙烯酸接枝聚合物。工業(yè)用品水凝膠可用于油水分離、廢水處理、空氣過濾、電線包裹材料、防靜電、密封材料、蓄冷劑、溶劑脫水、金屬離子濃集、包裝材料等諸多方面。 農(nóng)業(yè)、土建水凝膠材料可用在農(nóng)用薄膜、農(nóng)業(yè)園藝用保水材料、污泥固化、泥水添加劑、墻壁頂棚材料等方面。

8、綠化沙漠是高吸水性水凝膠材料極有潛力的用途之一 ，可通過制成保水劑的方式實施。 燒傷涂敷物藥物傳輸體系 補齒材料移植隱型眼鏡生物分子、細胞的固定化 生物醫(yī)學(xué) 燒傷涂敷物水凝膠材料直接用于與人體組織接觸水凝膠材料直接用于與人體組織接觸 ，可防止體外微生物的感染可防止體外微生物的感染 ，抑制體液，抑制體液的損失的損失 ，傳輸氧到傷口，傳輸氧到傷口 ，一般說來能，一般說來能促進傷口的愈合。促進傷口的愈合。 在中歐在中歐 ，注冊商標，注冊商標為為 HDRHDR或或AQUA2GEL AQUA2GEL 的水凝膠燒傷的水凝膠燒傷涂敷物涂敷物 ，銷售前景看好，銷售前景看好 ，這種產(chǎn)品是，這種產(chǎn)品是通過輻射法制

9、備的。通過輻射法制備的。 這種涂敷物也可這種涂敷物也可制成噴霧液、乳液或膏狀制成噴霧液、乳液或膏狀 , ,一些消炎藥一些消炎藥物也可包埋其中物也可包埋其中 ，透過凝膠緩慢地釋，透過凝膠緩慢地釋到受傷部位到受傷部位 , ,加速傷口的愈合。加速傷口的愈合。 藥物傳輸體系當水凝膠被移植或注射到生物體后 ，水凝膠能夠維持或向體液控制釋放包埋在水凝膠中的藥物 ，一般說來 ，有兩種類型的控制釋放 ，一種是像凝膠涂敷物一樣釋放小分子 ，另一種情況是含有藥物的聚合物基材逐漸分解 ，在這種情況下 ，藥物擴散進入周圍環(huán)境 ，由材料的生物降解速率控制。 補齒材料有一些兩組分或多組分的補齒材料含有 HEMA 或其他親水型聚合物 ，這些材料被放在顎槽或牙根部的孔內(nèi)聚合或交聯(lián) ，在大多數(shù)情況下 ，這些反應(yīng)由 UV 引發(fā)。 生物分子、細胞的固定化水凝膠固定化的生物分子和細胞在分析、醫(yī)學(xué)診斷等方面有著廣泛的應(yīng)用。 生物分子和細胞可以固定在水凝膠小球的表面或其內(nèi)部 ，然后裝填柱子 ，這樣的柱子可以用于分離混合物中的特殊生物分子。 生物傳感器是表面固定了生物分子或細胞的電化學(xué)傳感器 ，生物分子一般固定在與生物傳感器物理元件相連的水凝膠表面或其內(nèi)部。 水凝膠膜是連接生物分子和物理元件的樞紐 ，因此很重要 。 回顧水凝膠 50 多年的發(fā)展歷程 ,可以看到水凝膠已經(jīng)被