水凝胶
水凝胶分类
水凝胶分类
1、天然水凝胶：指自然界中存在的天然黏性物质，如膏体黏土、淤泥等形成的，它一般具有耐水、耐咸淡、耐热、耐油、耐酸碱、机械性能好等性能。
2、工业水凝胶：指用某种化学原料通过化学反应而得到的高分子物质限定物，它具有极高的粘度、耐油性、耐酸碱性、耐热性和韧性等性能，是最常用的水凝胶。
二、按粘度分
1、硬水凝胶：指粘度大于100000 mPa.s或可固化的水凝胶，它具有较好的机械性能，可以制成固体形态，有较好的水膜保护性能，常用于油气井封堵等。
2、软水凝胶：指粘度低于100000 mPa.s或可膨胀的水凝胶，它具有较好的机械性能，可以制成液体形态，常用于油气管道封堵、泥土改良等。
三、按用途分
1、工程水凝胶：指用于工程中的水凝胶，如砂浆制品、沥青混合料、冷水凝胶等，它具有良好的耐热性、耐水性和耐碱性等。
2、防水水凝胶：指用于防水领域的水凝胶，如涂料、膜等，它具有良好的防水性、耐热性和耐化学性等。
3、润滑水凝胶：指用于润滑领域的水凝胶，如润滑油、润滑剂等，它具有良好的防腐性、耐油性和流动性等。
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水凝胶特点
水凝胶特点水凝胶是一种具有高吸水性能的聚合物材料，其特点主要体现在以下几个方面：1. 高吸水性能：水凝胶具有极强的吸水能力，可以吸收自身几百倍甚至上千倍的水分，将水分迅速转化为凝胶状，形成稳定的凝胶结构。
这种高吸水性能使得水凝胶在许多领域具有广泛的应用价值。
2. 良好的保水性能：水凝胶在吸水后可以有效地保持水分，并防止水分的蒸发和渗透，从而起到保水的作用。
这种特性使得水凝胶在农业领域中可以用作土壤保水剂，增加土壤湿度，提高植物生长的适宜性。
3. 可逆性：水凝胶具有可逆的吸附和释放水分的能力。
当环境湿度较高时，水凝胶可以释放出吸收的水分，保持环境湿度的平衡；而当环境干燥时，水凝胶则可以重新吸收水分，保持环境的湿润。
这种可逆性使得水凝胶在农业、园林、建筑等领域中可以起到调湿、保湿的作用。
4. 生物相容性：水凝胶通常由天然或合成高分子材料制成，具有良好的生物相容性。
这意味着水凝胶可以与生物体接触而不产生明显的毒性或刺激反应，因此在医疗领域中可以用作药物缓释、伤口敷料等。
5. 可调控性：水凝胶的吸水性能可以通过改变材料的配方、交联程度、孔隙结构等因素进行调控。
通过调整这些因素，可以使水凝胶具有不同的吸水速度、保水能力和释放水分的特性，以满足不同应用领域的需求。
6. 环保可持续性：水凝胶通常具有良好的可降解性和可再利用性。
一些水凝胶材料可以在一定条件下自然降解，不会对环境造成污染。
同时，水凝胶也可以通过再生利用，减少资源的浪费。
这种环保可持续性使得水凝胶在环境保护和可持续发展方面具有潜在的应用前景。
水凝胶具有高吸水性能、良好的保水性能、可逆性、生物相容性、可调控性和环保可持续性等特点。
这些特点使得水凝胶在农业、园林、建筑、医疗等领域有着广泛的应用前景，并且在未来的发展中有望进一步推动其应用范围的拓展。
水凝胶
水凝胶（Hydrogel）,以水为分散介质的凝胶。
具有交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团而形成能遇水膨胀的交联聚合物。
是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。
凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。
一，水凝胶的分类：1，来源：1),天然水凝胶2），合成水凝胶2，性质：1），电中性水凝胶2），离子型水凝胶3，对外界刺激的反应情况：1），传统的水凝胶2），环境敏感水凝胶传统的水凝胶：这类水凝胶对环境的变化，如PH或温度的变化不敏感。
环境敏感水凝胶：这类水凝胶对温度或PH等环境因素的变化所给予的刺激有非常明确或显著地应答。
目前研究得最多的是温敏型和pH敏水凝胶。
所谓温敏是指在水或水溶液中这种凝胶的溶胀与收缩强烈的依赖于温度，凝胶体积在某一温区有突变，该温度称为临界溶液温度（lower critical solution temperature, LCST）。
pH敏感水凝胶是指聚合物溶胀与收缩随着环境的pH、离子强度的变化而变化。
二，水凝胶的性质：不同结构，不同化合物的水凝胶具有不同的物理化学性质如融变性、溶胀性、环境敏感性和粘附性。
一），溶胀性（swelling）是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，是弹性凝胶的重要特性，凝胶的溶胀分为两个阶段：第一阶段：是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小）第二阶段：是液体分子的继续渗透，这时凝胶体积大大增加。
二），环境敏感性环境敏感水凝胶又称智能水凝胶（smart hydrogels）,根据环境变化的类型不同，环境敏感水凝胶又分为如下几种类型：1，温（热）敏水凝胶2，pH敏感水凝胶3，电解质敏感水凝胶三），粘附性（adhesiveness）粘附或称粘着或粘结等。
一般指的是同种或两种不同的物质表面相粘结的现象。
水凝胶标准
水凝胶标准水凝胶标准如下：1.定义和分类水凝胶是一种由水溶性或亲水性高分子聚合物形成的新型凝胶材料。
它具有良好的生物相容性、高吸水性和一定的机械强度等特点，被广泛应用于医疗、制药、化妆品、个人保健、石油、粘蚊剂、造纸、纺织印染等行业。
根据性质和应用领域，水凝胶可分为物理水凝胶和化学水凝胶两大类。
物理水凝胶是通过物理交联形成的，具有永久性吸水性；化学水凝胶是通过化学反应交联形成的，具有更好的机械强度和稳定性。
2.原材料和制备方法水凝胶的主要原材料包括天然高分子材料（如淀粉、纤维素、胶原蛋白等）和合成高分子材料（如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸等）。
制备水凝胶的方法通常包括溶胶-凝胶法、反相乳液法、气凝胶法等。
其中溶胶-凝胶法最为常用，是将聚合物溶液与交联剂混合，然后通过物理或化学作用形成三维网络结构的过程。
3.性能指标水凝胶的性能指标因应用领域而异，但主要包括以下几个方面：力学性能：包括弹性模量、拉伸强度、断裂伸长率等，与水凝胶的使用寿命和使用时的稳定性有关。
化学性能：包括溶胀率、降解性、化学稳定性等，与水凝胶在体内外的化学环境中的反应有关。
物理性能：包括粒度、分布、溶液黏度等，与水凝胶的制备和使用过程中的工艺控制有关。
4.安全性评估水凝胶作为生物医学材料，必须进行安全性评估。
应检测水凝胶中重金属、有害物质、卫生标准等，确保其无毒无害。
此外，还应评估水凝胶在体内外环境中的生物相容性和生物降解性，以确保其不会对人体和环境造成不良影响。
5.生产过程的质量控制生产过程的质量控制是保证水凝胶产品质量的关键。
应严格控制生产环境，确保车间清洁、卫生，同时对原材料进行严格检验，确保其质量和卫生标准。
在生产过程中，应制定合理的工艺流程和操作规程，并对关键工艺参数进行严格控制，以确保产品质量稳定。
成品检验是保证产品质量的重要环节，应对产品的性能指标、安全性评估等方面进行全面检测，确保产品符合相关标准和客户要求。
6.产品的稳定性评估产品的稳定性评估是保证水凝胶产品质量和性能的关键。
水凝胶在生活中的应用
水凝胶在生活中的应用水凝胶是一种高分子吸水性材料，具有吸水、保湿、稳定性好等特点，因此在生活中有着广泛的应用。
本文将从几个方面介绍水凝胶在生活中的应用。
一、水凝胶在农业领域的应用水凝胶可以在农业领域中用作土壤保水剂，可以增加土壤的含水量，提供植物所需的水分，从而改善土壤的干旱状况。
此外，水凝胶还可以作为农田覆盖材料，能够减少土壤的水分蒸发，提高农作物的生长效率。
二、水凝胶在医疗领域的应用水凝胶在医疗领域有着广泛的应用。
例如，在创伤敷料中，水凝胶可以吸收伤口渗出的液体，保持伤口的湿润环境，促进伤口愈合。
此外，水凝胶还可以用于制作药物缓释系统，可以控制药物的释放速度，提高药物的疗效。
三、水凝胶在个人护理产品中的应用水凝胶在个人护理产品中也有着广泛的应用。
例如，在卫生巾中，水凝胶可以吸收分泌物，保持表面干燥，提高使用的舒适度。
此外，水凝胶还可以用于制作湿巾、面膜等产品，能够提供肌肤所需的水分，保持肌肤的湿润状态。
四、水凝胶在建筑领域的应用水凝胶在建筑领域也有着一定的应用。
例如，在混凝土中添加水凝胶，可以提高混凝土的抗裂性能和耐久性。
此外，水凝胶还可以用于建筑材料的防水处理，能够提供良好的防水效果，保护建筑物的结构。
五、水凝胶在食品领域的应用水凝胶在食品领域中也有一些应用。
例如，在食品加工中，水凝胶可以用作增稠剂和凝胶剂，能够改善食品的质感和口感。
此外，水凝胶还可以用于保鲜冷藏食品，能够吸收食品中的水分，延长食品的保鲜期。
六、水凝胶在环境保护中的应用水凝胶在环境保护中也有着一定的应用。
例如，在污水处理中，水凝胶可以用作吸附剂，能够吸附污水中的有害物质，净化水质。
此外，水凝胶还可以用于土壤修复，能够吸附土壤中的重金属离子，提高土壤的质量。
水凝胶在生活中具有广泛的应用。
无论是在农业、医疗、个人护理产品、建筑、食品还是环境保护等领域，水凝胶都发挥着重要的作用。
相信随着科技的进步和研究的深入，水凝胶的应用领域还会不断扩展，为我们的生活带来更多的便利和改善。
水凝胶的定义及分类
水凝胶的定义及分类水凝胶是一种由水和高分子物质组成的胶体，具有高吸水性和保水性能。
它的主要特点是在吸水后能形成类似凝胶的结构，具有柔软、透明、弹性好的特性。
水凝胶广泛应用于医疗、农业、工业等领域，具有重要的价值和意义。
根据其基本成分的不同，水凝胶可以分为天然水凝胶和合成水凝胶两大类。
天然水凝胶是指从天然材料中提取的水凝胶，如海藻酸钠、明胶等。
这些天然材料具有良好的生物相容性，不会对人体和环境造成危害，因此在医疗领域得到广泛应用。
合成水凝胶则是通过化学方法合成的水凝胶，如聚丙烯酰胺凝胶、聚酰胺凝胶等。
合成水凝胶具有可控性强、性能稳定等特点，广泛应用于工业和农业领域。
根据其功能和应用领域的不同，水凝胶可以进一步分为医用水凝胶、农用水凝胶和工业水凝胶三类。
医用水凝胶主要用于医疗领域，如创伤敷料、药物传递系统等。
它具有良好的生物相容性和可控释放的特性，能够有效地促进伤口愈合和药物的吸收。
农用水凝胶主要用于农业领域，如保水剂、土壤调理剂等。
它可以吸收大量的水分，并稳定地释放给植物，提供充足的水分和营养，有助于提高农作物的产量和质量。
工业水凝胶主要用于工业领域，如油水分离剂、吸附剂等。
它具有很强的吸附能力，可以有效地吸附和分离各种物质，广泛应用于环保和化工领域。
水凝胶作为一种新型材料，具有广阔的应用前景。
未来，随着科学技术的不断发展和创新，水凝胶的性能和应用领域将会进一步扩展。
从目前来看，水凝胶已经在医疗、农业和工业领域取得了显著的成就，并得到了广泛的应用和推广。
然而，水凝胶在生产和应用过程中仍然存在一些问题，如成本较高、合成方法复杂等。
因此，需要进一步加强研究和开发，改进水凝胶的性能和制备工艺，以满足不同领域的需求。
水凝胶作为一种具有高吸水性和保水性能的胶体材料，具有广泛的应用前景和重要的价值。
通过对水凝胶的分类和应用领域的介绍，可以更好地了解水凝胶的特点和用途。
未来，水凝胶的发展将会为人类的生活和产业带来更多的创新和改进。
水凝胶PPT
• 理想的烧伤涂敷材料，应有一定的柔软性和机 械强度，具有较强的液体吸收能力，能够透过 空气，但屏蔽细菌，水凝胶容易吸收药物，并 能释放药物，不刺激伤口。辐射交联或者化学 交联的PVP能够满足上述要求。国内已有学者成 功研制了PVP烧伤涂敷材料。
医用水凝胶创伤敷料的优点：
• 1、不断降温、立即止痛 • 2、吸附渗液、阻隔细菌 • 3、湿性环境、加速愈合 • 4、生物相容、换药不粘 • 5、不易成痂、减少疤痕
8.医用美容材料
温泉全效保湿水凝胶
小黄瓜眼部细致 水凝胶
9.在分析和医学诊断方面的应用
• 根据水凝胶的环境敏感性，可将它与生物 传感器物理元件相连，然后将生物分子固 定在水凝胶表面或内部，便可得到生物传 感器，用于诊断疾病及做日常监测。例如， 利用水凝胶固定抗原，可用于免疫检测。
回顾 水 凝 胶 在 医 学 方 面 的 应 用
• 作用过程：当水凝胶被移植或注射到生物 体后，水凝胶能够维持或向体液控制释放 包埋在水凝胶中的药物。
控制释放的生物活性物质
• 半衰期短、毒副作用大的药物 • 蛋白质和多肽药物 • 基因和疫苗 • ……
• 原因：水凝胶对低分子溶质具有较好的透 过性，有优良的生物相容性及较好的重现 性，具有缓控释性能，很容易合成。
药物控制释放产业现状:
• 我国有6,000多家制药企业，但总体上技术
资源、资金力量都比不上西方制药企业， 其中控制释放系统的企业仅有有限几家。
• 我国企业的研发投入总体很少，无法与国
际制药相比。
• 我国的控释制剂以研发为主，产业化商品
少，市场上基本为进口药品制剂。
2.作为组织充填材料
• 作为充填材料医用聚丙烯酰胺水凝胶已广 泛用于人体各部位。
水凝胶类型
水凝胶类型
水凝胶是一种吸水性能强的高分子材料，根据其化学组成和结构特点，可以分为以下几种类型的水凝胶：
1.聚丙烯酰胺凝胶（Polyacrylamide Gel）：聚丙烯酰胺凝胶是一种常见的水凝胶材料，它通过聚合丙烯酰胺单体形成网络结构，具有良好的吸水性能和保水性能。
聚丙烯酰胺凝胶被广泛应用于农业、水土保持、土壤改良和生活用品等领域。
2.聚丙烯酸钠凝胶（Polyacrylic Acid Sodium Gel）：聚丙烯酸钠凝胶是一种以聚丙烯酸钠为主要成分的水凝胶材料。
它具有较高的吸水能力和保水性能，常用于医疗、卫生、个人护理产品、工业润滑和油田开发等领域。
3.聚丙烯酸铵凝胶（Polyacrylic Acid Ammonium Gel）：聚丙烯酸铵凝胶是一种以聚丙烯酸铵为主要成分的水凝胶材料。
它具有优异的吸水性能和保水性能，常用于农业领域的土壤保水、植物栽培和园林绿化等应用。
4.聚丙烯酸乙二醇酯凝胶（Polyacrylic Acid Polyethylene Glycol Ester Gel）：聚丙烯酸乙二醇酯凝胶是一种以聚丙烯酸乙二醇酯为主要成分的水凝胶材料。
它具有较高的吸水性能和保水性能，并且在高温下仍能保持稳定性，常用于冷却介质、水凝体电池和水性涂料等领域。
水凝胶的制备方法及原理
水凝胶的制备方法及原理
水凝胶呀，那可是个神奇的东西！它就像是一个魔法材料，在我们的生活中有着广泛的应用。
你知道水凝胶是怎么制备出来的吗？嘿嘿，其实有很多种方法呢！就好像做菜一样，有不同的配方和步骤。
比如说化学交联法，这就像是搭积木，通过化学反应把小分子连接起来形成一个大的网络结构，把水“锁”在里面。
还有物理交联法，就像织毛衣，通过一些物理作用让分子们交织在一起，形成水凝胶。
再来说说原理。
水凝胶能形成，那是因为有一些特别的性质在起作用啊！它就像是一个小宇宙，有着自己的运行规则。
分子之间的相互作用力，让它们能够聚集在一起，形成稳定的结构。
这就好像是好朋友们手牵手，团结在一起力量大。
想象一下，水凝胶在生物医学领域那可是大显身手啊！可以用来制作药物载体，精准地把药物送到需要的地方，难道这不神奇吗？它还能在组织工程中发挥重要作用，帮助修复受损的组织。
这就像是给身体打了一针强心剂！在化妆品中也有它的身影呢，让我们的肌肤更加水润有弹性。
水凝胶的应用还不止这些呢！在农业上，它可以帮助保持土壤的水分，就像给土地盖了一条温暖的毯子。
在工业上，也有它的一席之地。
这水凝胶简直就是个多面手啊！
水凝胶的制备方法和原理真的是太有趣、太重要了！它就像是一把钥匙，打开了无数应用的大门。
我们应该不断探索和研究，让水凝胶为我们的生活带来更多的惊喜和便利。
难道不是吗？。
水凝胶定义
水凝胶定义（Hydrogel）是以水为分散介质的凝胶。
具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水基团，亲水基团与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水基团是一种遇水膨胀的交联聚合物。
它既是高分子的浓溶液，又是高弹性的固体，水分子在聚合物网络中以键合水、束缚水和自由水等形式存在而失去了流动性，水溶性物质可以在其内部渗透或扩散。
凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。
这些高分子按其来源可分为天然和合成两大类。
天然的亲水性高分子包括多糖类（淀粉、纤维素、海藻酸、透明质酸，壳聚糖等）和多肽类（胶原、聚L-赖氨酸、聚L-谷胺酸等）。
合成的亲水高分子包括聚乙烯、醇、丙烯酸及其衍生物类（聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺等）。
根据水凝胶对外界刺激的响应情况可分为传统的水凝胶和环境敏感的水凝胶两大类。
传统的水凝胶对环境的变化如温度或pH等的变化不敏感，而环境敏感的水凝胶是指自身能感知外界环境（如温度、pH、光、电、压力等）微小的变化或刺激，并能产生相应的物理结构和化学性质变化甚至突变的一类高分子凝胶。
此类凝胶的突出特点是在对环境的响应过程中其溶胀行为有显著的变化，利用这种刺激响应特性可将其用做传感器、控释开关等。
作为一种高吸水高保水材料，水凝胶被广泛用于多种领域，如：干旱地区的抗旱，在化妆品中的面膜、退热贴、镇痛贴、农用薄膜、建筑中的结露防止剂、调湿剂、石油化工中的堵水调剂，原油或成品
油的脱水，在矿业中的抑尘剂，食品中的保鲜剂、增稠剂，医疗中的药物载体等等。
值得注意的是，不同的应用领域应该选用不同的高分子原料，以满足不同的需求。
水凝胶的吸水率
水凝胶的吸水率
水凝胶的吸水率可以根据不同的材料和制备方法有所不同。
一般而言，水凝胶的吸水率可以达到其自身重量的几十倍甚至上百倍。
其中，一种常见的水凝胶材料是聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，简称PAM）水凝胶。
这种水凝胶可以在水中迅速吸收水分，
形成类似凝胶的状态。
根据PAM的质量和吸水能力不同，其
吸水率一般在100-500倍左右。
另外，还有一种常见的水凝胶是氢化纳米硅胶（Hydrogenated Nano Silica Gel）。
这种水凝胶具有强大的吸附能力，可以将
其自身重量的水分吸收一空，吸水率可达1000倍以上。
需要注意的是，水凝胶的吸水率也会受到周围环境的温度、湿度以及水凝胶的制备工艺等因素的影响，因此具体的吸水率具体情况请以具体的材料和制备方法为准。
水凝胶的合成及应用ppt课件
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冷却至 50℃
2.5mlAA
搅拌均匀
PVA/CS/AA 溶液
冷却至室温， 通N2，超声 30min
均匀溶液移到培养 皿
在N2中，紫 外光下交联
60℃下，
真空干燥24h
PVA/CS水凝胶薄膜
15ml 30mM C6H12O6和 50mM NaOH
PVA/CS水凝胶薄膜
15ml 30mMAgNO3 黑暗中浸泡6小时 后，洗涤
2. Ozay, H., Sahin, O., Koc, O. K., & Ozay, O. (2016). The preparation and applications of novel phosphazene crosslinked thermo and pH responsive hydrogels. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 43, 28-35. doi: 10.1016/j.jiec.2016.07.043
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2. 药物缓释水凝胶
靶向定位——千军万马夺上将首级 水水凝胶3D打印
美剧《西部世界》片头
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3. 水凝胶3D打印
水凝胶3D打印示意
20
4. 水凝胶隐形眼镜
加拿大多伦多大学研究人员开发出 一种新型水凝胶生物材料，有助于保 持细胞活性，也能使它们更好地结合 成组织。试验显示，运用这一材料能 在一定程度上改善视力，甚至逆转失 明。
6
三、主要合成思路
31
物理交联
32
化学交联
7
1. 物理交联
水凝胶制作实验报告
一、实验目的1. 掌握水凝胶的基本原理和制备方法；2. 熟悉水凝胶的性能及其应用领域；3. 培养实验操作技能，提高动手能力。
二、实验原理水凝胶是一种具有网络结构的水溶性高分子材料，具有良好的生物相容性、生物降解性和机械性能。
本实验以聚乙烯醇（PVA）为原料，通过交联反应制备水凝胶。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：聚乙烯醇、氢氧化钠、硫酸铜、无水乙醇、蒸馏水等；2. 实验仪器：电子天平、搅拌器、烧杯、量筒、滴定管、超声波清洗器、干燥箱等。
四、实验步骤1. 准备PVA溶液：称取一定量的PVA，加入适量蒸馏水，在超声波清洗器中超声溶解，得到PVA溶液；2. 配制交联剂溶液：称取一定量的氢氧化钠和硫酸铜，加入适量蒸馏水，搅拌溶解，得到交联剂溶液；3. 混合PVA溶液和交联剂溶液：将PVA溶液倒入烧杯中，逐滴加入交联剂溶液，边加边搅拌，直至混合均匀；4. 制备水凝胶：将混合溶液倒入模具中，置于干燥箱中，在一定温度下进行交联反应，待水凝胶形成后取出；5. 洗涤与干燥：将水凝胶取出后，用蒸馏水冲洗去除未反应的交联剂，然后用无水乙醇进行洗涤，最后将水凝胶置于干燥箱中干燥。
五、实验结果与分析1. 水凝胶外观：制备的水凝胶呈透明状，具有一定的弹性和韧性；2. 水凝胶性能：通过测试水凝胶的溶胀性能、力学性能等指标，可以评价水凝胶的质量；3. 应用领域：水凝胶在生物医学、药物输送、传感器、环保等领域具有广泛的应用前景。
六、实验讨论1. PVA浓度对水凝胶性能的影响：PVA浓度越高，水凝胶的溶胀性能和力学性能越好，但交联反应速度会降低；2. 交联剂种类和浓度对水凝胶性能的影响：不同的交联剂种类和浓度会影响水凝胶的溶胀性能、力学性能和生物相容性；3. 制备条件对水凝胶性能的影响：制备温度、交联时间等因素会影响水凝胶的性能。
七、实验总结通过本次实验，我们成功制备了水凝胶，掌握了水凝胶的基本原理和制备方法。
实验过程中，我们对水凝胶的性能进行了测试，并对其应用领域进行了探讨。
水凝胶
1m1m234567980iinn
Electrolysis of Nacl solution 2Cl--2e Cl2
2H2O+2e 2OH-+H2
机械强度高，响应速度快，响应程度大
3. 新型高强度水凝胶 纳米复合材料水凝胶的电响应行为
Degree (o)
100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80
-COOH
shrinking
pH>4.25 pH<4.25
-COO-
swellinig
2. 智能型水凝胶 pH敏感水凝胶在药物输送体系中有重要的应用
2. 智能型水凝胶 温敏性水凝胶
温敏性水凝胶主要是因为聚合物网络内存在氢键、疏水 相互作用或者物理缠结等可以形成结合区域物理相互作 用。
透明 大量吸水
化学反应
乳液聚合 反相微乳液聚合
原位聚合
1. 水凝胶简介
分类： 来源、制备方法和离子基团结构。
来源
天然高分子水凝胶
合成高分子水凝胶
1. 水凝胶简介
均聚水凝胶
制备方法
互穿网络水凝胶
共聚水凝胶
多聚水凝胶
1. 水凝胶简介
阴离子水凝胶
中性水凝胶
离子基团
两性水凝胶
阳离子水凝胶
1. 水凝胶简介
1. 水凝胶简介
-100 -120 -140
0
同时提高凝胶的机 械强度和响应速度
NC4 NC6 NC8
2
4
6
8
10
12
14
Time (min)
聚丙烯酰胺/粘土复合材料水凝胶中粘土 含量对电响应的影响
？ 化学交联水凝胶
水凝胶的制备
水凝胶的制备主要有以下步骤：
1.物理交联：纤维素分子结构中具有大量羟基，可通过氢键的形
式连接成网络，通过物理交联的方式形成纤维素基水凝胶。
具体来说，纤维素分子链可通过氢键、离子相互作用、分子缠结或疏水相互作用等形成网络结构，从而构成不被溶解的物理水凝胶。
物理交联的纤维素凝胶分子间的作用力是可逆的，网络结构可随物理条件的改变而破坏。
2.溶液交联法：将水凝胶材料溶解在超纯水中并煮沸，直到产生
澄清的溶液。
3.冻融法：将水凝胶材料在溶液中冷却至室温后形成水凝胶。
4.用于合成G4：将鸟苷、2-FPBA、腐胺和KCl混合在1ml超纯
水中并煮沸，直到产生澄清的溶液。
5.用于制备血红素加载G4-水凝胶：将不同量的血红素溶解在
0.2M KOH中，加入到煮沸液中制备G4-水凝胶。
6.用于制备GOx/血红素负载G4-水凝胶：在制备含血红素的G4-
水凝胶时，溶液冷却后加入不同量的GOx至40°C。
水凝胶用途
水凝胶用途
水凝胶是一种高分子材料，具有吸水性、保水性、保湿性、稳定性等特点，因此在许多领域都有广泛的应用。
本文将从农业、医疗、环保等方面介绍水凝胶的用途。
一、农业领域
水凝胶在农业领域的应用主要是用于土壤保水和植物生长。
由于水凝胶具有极强的吸水性，可以将大量的水分吸收并储存，然后缓慢释放给植物，从而保证植物的生长需要。
此外，水凝胶还可以改善土壤结构，增加土壤通气性和保肥性，提高土壤肥力，从而提高农作物的产量和质量。
二、医疗领域
水凝胶在医疗领域的应用主要是用于敷料和药物传递。
由于水凝胶具有良好的保湿性和稳定性，可以用于制作敷料，可以有效地保护伤口，促进伤口愈合。
此外，水凝胶还可以用于药物传递，可以将药物包裹在水凝胶中，然后缓慢释放，从而提高药物的效果。
三、环保领域
水凝胶在环保领域的应用主要是用于水处理和土壤修复。
由于水凝胶具有极强的吸水性和稳定性，可以用于水处理，可以将水中的污染物吸附并固定在水凝胶中，从而净化水质。
此外，水凝胶还可以
用于土壤修复，可以将水凝胶添加到受污染的土壤中，可以吸附土壤中的污染物，从而净化土壤。
四、其他领域
除了以上三个领域，水凝胶还有许多其他的应用。
例如，在建筑领域，水凝胶可以用于保温和隔音；在化妆品领域，水凝胶可以用于制作面膜和乳液等产品；在食品领域，水凝胶可以用于制作果冻和冰淇淋等产品。
水凝胶具有广泛的应用前景，可以在许多领域发挥重要的作用。
随着科技的不断进步和人们对环保和健康的重视，相信水凝胶的应用将会越来越广泛。
水凝胶定义及成分
一种具有三维空间网状结构，以水为分散介质的高分子网 络体系。（专业术语）
在常温常态下，含有大量水的胶状固体，能够体现水的性 质。（通俗理解）
吉原生物研制的水凝胶，含水量达99%。
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失水后的水凝胶及微孔结构 Dried hydrogel sheet
二、水凝胶的成分
高分子是由大量的一种或几种较简单结构单元组成的大型分子,其中 每一结构单元都包含几个连结在一起的原子，整个高分子所含原子数目 一般在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。
如果高分子化合物中的原子连接成网状时，这种高分子由于一般都不
是平面结构而是立体结构，所以也叫体型高分子。体型高分子加热时不能
熔融，只能变软；不能在任何溶剂中溶解，只能在某些溶剂中溶胀。 水凝
胶即是一种体型高分子结构。
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水凝胶高分子的选取原则
1.安全性：无毒害，能够应用于医疗卫生领域。 2.亲水性：
①非离子性：由含氧基团组成的醚基和羟基与羧 酸酯、嵌段聚醚等。
②阴离子性：羧酸基、磺酸基、磷酸基等。 ③阳离子性：氨基、季铵基等。 3.合成条件：
能够在辐射合成条件或其他合成条件下形成 Nhomakorabea 凝胶，并能通过辐照方式灭菌。
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高分子化合物由于分子量很大，分子间作用力的情况与小分子大不相 同，从而具有特有的高强度、高韧性、高弹性等。
高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时，叫线性高分子(如聚 乙烯的分子)。这种高分子在加热时可以熔融，在适当的溶剂中可以溶解。
支型高分子：高分子化合物中的原子连接成线状但带有较长分支时，也可 以在加热时熔融，在适当溶剂中溶解。
水凝胶综述缺点
水凝胶综述缺点
水凝胶是一种具有优异吸水性能的材料，但也存在一些缺点。
以下是水凝胶的一些缺点：
1. 潜在的环境污染：水凝胶是一种含有化学物质的材料，因此在使用和处置过程中可能会产生环境污染。
例如，一些水凝胶可能会释放有害的化学物质或微粒，对生物和环境造成潜在的危害。
2. 高成本：与传统材料相比，水凝胶通常价格较高。
这使得其在一些领域的应用受到限制，特别是在一些低收入地区或资源匮乏的地方。
3. 可再利用性有限：尽管水凝胶具有很高的吸水性，但一旦释放出水分，很难重新恢复到最初的状态。
此外，一些使用水凝胶的产品也很难回收和再利用，导致浪费和环境问题。
4. 潜在的健康风险：一些水凝胶可能含有对人体健康有潜在风险的化学物质。
例如，一些水凝胶可能释放有害物质或引起过敏反应，对人体健康造成影响。
5. 对土壤影响：一些水凝胶可能会改变土壤的化学和物理性质，对植物生长和土壤生态系统产生影响。
这可能导致环境问题，尤其是对于农业和园艺领域。
总之，水凝胶虽然具有吸水性能强、多功能等优点，在应用过程中仍然需注意其潜在的环境污染、高成本、可再利用性有限
等缺点。
因此，在使用水凝胶时，需要综合考虑其优缺点，确保合理和负责任地使用，并寻求更环保和可持续的替代材料。
水凝胶用途
水凝胶用途水凝胶用途水凝胶是一种高分子材料，具有吸水、保水、释放水分等特性，因此在多个领域都有广泛的应用。
一、农业领域1.作为土壤改良剂：将水凝胶与土壤混合使用，可以增加土壤的保水性和肥力，提高作物的产量和品质。
2.植物栽培：将水凝胶添加到植物栽培介质中，可以提高介质的保湿能力，延长植物生长周期，并且能够促进植物根系的发展。
3.园林景观：在公共绿地、花坛等地方使用水凝胶可以有效减少浇灌次数，并且可以节约用水成本。
二、建筑领域1.墙体涂料：将适量的水凝胶加入涂料中，可以改善涂层的附着力和耐久性，并且能够防止龟裂和开裂。
2.混凝土掺合剂：将适量的水凝胶加入混凝土中，可以提高混凝土的强度和韧性，并且能够防止龟裂和开裂。
3.屋顶防水：将水凝胶涂覆在屋顶上，可以有效防止雨水渗漏，并且能够保持屋顶的干燥。
三、环保领域1.土壤修复：将水凝胶与污染土壤混合使用，可以吸附和分解有害物质，达到土壤修复的目的。
2.废水处理：将水凝胶加入废水中，可以吸附和分解废水中的有害物质，净化废水。
3.空气净化：将适量的水凝胶加入空气中，可以吸附和分解空气中的有害物质，并且能够改善室内空气质量。
四、医疗领域1.创口敷料：将含有适量水凝胶的敷料覆盖在伤口上，可以促进伤口愈合，并且能够控制伤口渗出液。
2.药物缓释剂：将药物与适量的水凝胶混合使用，可以延长药物释放时间，并且能够提高药物效果。
3.人工器官材料：将适量的水凝胶加入人工器官中，可以提高人工器官的生物相容性，并且能够延长使用寿命。
五、其他领域1.食品保鲜：将水凝胶加入食品中，可以延长食品的保鲜期，并且能够保持食品的质量和口感。
2.化妆品：将适量的水凝胶加入化妆品中，可以增加化妆品的黏稠度和保湿性，并且能够提高化妆品的效果。
3.玩具制作：将水凝胶与颜料混合使用，可以制作出具有各种颜色和形状的玩具。
总结：水凝胶是一种多功能材料，在农业、建筑、环保、医疗等领域都有广泛应用。
通过不同比例的添加或改变其结构，可以使其在不同领域发挥不同作用。
水凝胶的名词解释
水凝胶的名词解释水凝胶，又称为水凝胶材料，是一种具有高比表面积和强吸附性质的材料。
它由水分子与高分子聚合物交联形成的三维网络结构组成，能够在其内部吸附并储存大量的水分。
1. 水凝胶的结构和性质水凝胶的主要组成部分是聚合物。
聚合物是一种由许多重复单元组成的大分子。
在水凝胶中，聚合物通过交联反应连接在一起，形成了一个类似于海绵的网络结构。
这种结构赋予了水凝胶许多独特的性质。
首先，水凝胶具有高比表面积。
由于其多孔的结构，水凝胶的表面积可以达到很大，使其能够与更多的水分子接触和吸附。
这使得水凝胶能够吸收和储存大量的水分，使其重量可增加数倍。
其次，水凝胶具有强吸附性。
水凝胶内部的孔隙可以吸附并保持水分子，使其保持在水凝胶中而不被释放。
这使得水凝胶可以被广泛应用于吸湿、保湿和保温等方面。
此外，水凝胶还具有良好的稳定性和可重复使用性。
水凝胶材料可以在多次吸湿和释放的循环中保持其性能和结构的稳定性，因此可以反复使用。
2. 水凝胶的应用领域由于其特殊的结构和性质，水凝胶被广泛应用于许多领域。
首先，水凝胶在农业上具有重要的应用。
通过在土壤中加入水凝胶，可以增加土壤含水量和保湿性能，提高植物的生长环境。
此外，水凝胶还可以调节土壤温度和提供植物所需的养分，促进植物的生长和发育。
其次，水凝胶在医疗和健康领域也有广泛的应用。
水凝胶材料可以制成创可贴、药物缓释系统和人造皮肤等医用产品。
水凝胶可与体内组织相容性良好，能够吸附和释放药物，以达到治疗和修复的效果。
此外，水凝胶还被用于工业领域的环境保护和资源回收。
例如，水凝胶可以用于废水处理和油水分离，通过吸附和过滤等方式去除废水中的有害物质。
同时，水凝胶还可以用于固态废物的处理和资源回收，提高资源利用率和环境可持续发展。
3. 水凝胶的发展与展望随着科学技术的不断进步，水凝胶材料的研究与应用也在不断发展。
当前，研究者们正致力于改善水凝胶材料的吸附性能、稳定性和可持续性。
一方面，研究者们正在努力改进水凝胶的吸附能力。
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聚合物水凝胶是由化学交联键或物理作用力 形成的三维网络聚合物 ,其特性是能够吸收溶剂 其特性是能够吸收溶剂 水而溶胀.聚乙烯醇 水而溶胀 聚乙烯醇 ( PVA)水凝胶由于毒性低生物 水凝胶由于毒性低生物 相容性好等特点，它在生物、 微生物、 相容性好等特点，它在生物、医 学、微生物、食 品等领域都有广泛的应用。 品等领域都有广泛的应用。PVA 水凝胶的制备方 冰冻熔融法与冰冻-真 法主要分为物理交联法 （ 冰冻熔融法与冰冻 真 空脱水法）与化学交联法（ 空脱水法）与化学交联法（ 化学试剂交联与辐射 交联）两种。而在对水凝胶制备、性能研究的同 交联）两种。而在对水凝胶制备、 时,研究者们 研究者们
光谱（b）中1095处 是c—o—c的不对称伸缩振动， 而在光谱（a）中由于有新的醚基生成，此处的吸收 峰变宽。光谱（a）在780-750间不存在明显的吸收 峰，说明参加反映的EPI中—Cl基本上被取代，并且 反映产物中没有残留的EPI。
2.2 水凝胶中水的状态 各个含水率不同的水凝胶经冻结后从冻结温度-40 ℃所得是升 温曲线如图3（a），在此温度区间，DSC升温曲线反映的是 试样中所含冻结水的吸收热熔融而产生的热流。
采用各种不同分析手段对水凝胶中水的存在状态 也做了大量的研究,如核磁共振 也做了大量的研究 如核磁共振 （NMR）,傅立叶 ） 傅立叶 热差示扫描量(DSC)等。 得到 红 外光谱 ( FTIR ),热差示扫描量 热差示扫描量 等 的共识是 , 溶胀水凝胶中的溶剂水可以区分为自 由水、可冻结结合水以及非冻结水3 种状态. 由水、可冻结结合水以及非冻结水 种状态 从冰 冻水凝胶的加热DSC 冻水凝胶的加热DSC 热流曲线所得水的熔融焓可 以计算自由水与可冻结结合水的含量. 以计算自由水与可冻结结合水的含量 但是对水凝 胶从干胶开始吸水直至达到溶胀平衡这一基本过 程中,水凝胶里水的状态是怎样变化的还缺乏定量 程中 水凝胶里水的状态是怎样变化的还缺乏定量 的了解. 的了解 本工作用环氧氯丙烷作为交联剂 ,制备了 制备了 一种聚乙烯醇(PVA) 水凝胶 ,再用 再用DSC 技术对水 一种聚乙烯醇 再用 凝胶在溶胀过程中水的状态的变化进行了研究。 凝胶在溶胀过程中水的状态的变化进行了研究。
1 实验部分 1.1 原料与仪器
广州市医药公司商品; 聚乙烯醇 PVA124, 广州市医药公司商品 ,分析纯 分析纯; 氢氧化钾 KOH 分析纯 美国Nicolet 公司 公司760 型傅立叶变换红外光谱 美国 美国TA 公司 公司2910 型调制差示扫描量热仪 MDSC 美国 日本Waters 公司凝胶渗透色谱仪 公司凝胶渗透色谱仪151泵717 进样 日本 泵 检测器) 器 ,2410 检测器 ( GPC) .
化学交联聚乙烯醇( 化学交联聚乙烯醇 PVA)水凝胶的合 水凝胶的合 成、征及溶胀特性
《高分子学报》 高分子学报》 2006年8月第 期 月第5期 年 月第 李文波 薛锋 程时 （华南理工大学材料科学与工程学院 广州 南京大学化学化工学院 南京 ）
摘 要 用环氧氯丙烷作交联剂 ,制备了一 制备了一 种聚乙烯醇 ( PVA)水凝胶 。用 FTIR和 水凝胶 和 GPC方法对其结构作了表征 。在干凝胶中 方法对其结构作了表征 逐步加水使其溶胀 ,通过差示扫描量热 通过差示扫描量热 (DSC)方法测量溶胀水凝胶中不同状态水的 方法测量溶胀水凝胶中不同状态水的 含量化，来研究凝胶的溶胀特性。 含量化，来研究凝胶的溶胀特性。结果表 明 ,当水进入干凝胶网络后首先与网络链上 当水进入干凝胶网络后首先与网络链上 的亲水基团通过氢键的结合形成冻结水与 自由水两种状态直至达到平衡溶胀为止 。
估算相邻两交联点的平均分子量 Mc 为 712 ,相当 于 16 个重复结构单元 . 这样 ,从 GPC 所得的数均 聚合度估计 ,平均每条分子链上有 78 个交联点。 实验测得的PVA水凝胶的交联度为1/Mc=0.00114 这个数值大大低于全部环氧氯丙烷进行交联反应所 得的理论值（大约为0.0114）。由于化学交联PVA 凝胶的形成，即产生交联联反应的条 件 是 环 氧 氯 丙 烷 与 PVA 的 反 应 必 须在分子间发生 .
根据（3）~（5）计算得到不同含水率PVA-EPI水 凝胶试样中各种状态水的重量，结果列于表3，表3 同时给出了水凝胶试样以及所含干胶的重量。
不同含水率 水凝胶中非 冻结水的质 量（Wn） 与水的质量 （Wg）的 比值 （Wn/Wg） 如图4所示。
从表3与图4可以看出，当试样含水率低于20%时， PVA水凝胶中的水几乎全是非冻结水。而随着试样 中含水率的增加，PVA水凝胶的自由水、可冻结结 合水的含量随之增加，也使得样品中的总的冻结水 的含量大幅增加。而后，随着水的含量的进一步增 加，自由水越来越成为水凝胶的主要成分，其余两 种水的含量越来越少，到溶胀平衡时，水凝胶中的 自由水的含量达到饱和值。而从非冻结水与干胶的 比值这个数据来看，基本上是一个接近于0.20的常 数，这说明PVA水凝胶中的非冻结水的量（相对于 高聚物本身来说）其实是不变的。实验中观测到冻 结水中可冻结结合水与自由水几乎是同步产生的， 只是随着含水率的变化，两者的比列有所不同。
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从图3（a）可以清楚看到，当干胶试样中加入少量水， 例如含水率等于0.107是，DSC升温扫描曲线没有明显 的吸热峰的存在，仅仅表现出试样的等压热容没有改 变。这说明所加入的水全部与网链形成水合物，水合 物中的水不能冻结，称之为非冻结水。 当含水率大于0.107后，开始出现冰冻水的熔融峰。 将含水率介于0.204~0.378之间的试样发生相转变的区 域放大，如图3（b）所示，途中曲线出现两个明显的 熔融峰，只这说明PVA-EPI水凝胶中至少存在两种状 态的冰冻水，即自由水与可冻结结合水，分别以peak1 和prak2表示，随着含水率的进一步增大，两种冰冻水 的熔融峰重叠在一起，这可能由于两者的向转变温度 靠近有关。表2给出的peak1和peak2对应的水的向转 变温度与相转变焓。
1.2
实验方法
1.2.1 水凝胶制备 水溶液100 g ,缓慢滴加 的 EPI , 缓慢滴加7g 配置 10 %的PVA 水溶液 的 缓慢滴加 随后加入 KOH 约 4 g（事先配置成溶液 ） ,搅拌混匀后将 （ 搅拌混匀后将 其置于锥形瓶中,让其在室温下反应 天,然后取出 用 60 ℃ 其置于锥形瓶中 让其在室温下反应2 然后取出,用 让其在室温下反应 然后取出 得到完全透明的水凝胶. 的 去离子水洗涤直至洗液呈中性 ,得到完全透明的水凝胶 得到完全透明的水凝胶 将水凝胶放置在60 真空烘箱中干燥至恒重. 将水凝胶放置在 ℃真空烘箱中干燥至恒重 然后将干水凝 胶置于去离子水中溶胀不同的时间得到不同含水率 即,不同 不同 溶胀比 的 PVA水凝胶 , 水凝胶 的含水率 ( wc )定义为： 水凝胶 定义为
2
结果与讨论
2.1 水凝胶的表征 首先对原始聚乙烯醇试样 作了作了凝胶色谱分析，所得 结果有图1.该试样在水溶液中 呈现双峰，指示聚乙烯醇在测 试条件下产生了显著的自绨合， 所形成的绨合团簇的重量分数 为0.207。表1列出了对两个峰 分别作为分子量计算的结果， 计算时按PEG和PEO的校准关 系。从表1的结果可见，绨合 团簇（peak1）的分子量约是 线型PVA(peak2)分子量的40 倍。
因此，对于PVA水凝胶的溶胀过程可以描述 为当水逐步渗入PVA干胶网络体系时，首先 与其中的极性基因（例如-OH）以氢键结合 形成非冻结水，而当它们之间的作用是比较 稳定的，Wn/Wg约为0.20。当这种相互作用 达到饱和以后，随后进入网络的水则形成不 同状态的冻结水，主要以可冻结结合水与自 由水的形式存在。
不同状态下的冰冻水的重量 ( Wfn ) (包括自由水的 重量 ( Wf1 ) 与 可 冻 结 结 合 水 的 重 量( Wf2 ) 可 以通过关系式: 计算，试中Ws是溶胀水凝胶的重量， ∆Hmm是 升温过程中样品在peak1与peak2时的熔融焓，下标 n表示水的不同状态， ∆ H0 m是水在不同温度下的 熔融焓，按下式计算：
式中 Wh为水凝胶的重量 , Wg为干胶的重量，含有 为水凝胶的重量 为干胶的重量， 为干胶的重量 水的水凝胶的重量溶胀比则为： 水的水凝胶的重量溶胀比则为：
1.2.2 红外测试 PVA 采用溶液浇铸成膜 ,干胶 采用粉末 KBr压片共研磨法进行傅立叶红外光谱测 试，扫描次数32，分辨率4cm 。 1.2.3 DSC测试 分别秤取不同含水率的PVA水凝 胶约 10mg，密闭于DSC义上冻结至-40 ℃ ，然后以 2K/min的 升温速率开始扫描到40 ℃在氮气氛围下进 行，其流量为100mL/min。
计算 PVA 试样 的整体表观重均与数 均分子量 ,除以试样 中重复结构单元的分 子量 ,得到 PVA 试 样的重 均 聚 合 度 为5440 , 数 均 聚 合 度 为 1250. 测 量算得到粘均聚合度 为 2560. 聚乙烯醇水凝胶在水中的重量平衡溶胀比 Qw=2.84,换算成体积平衡溶胀比（PVA比重为 1.11）Q=3.04，利用Flory平衡溶分子内发生 ( 较低的反应温度和较高的溶液粘度不利于分子的 扩散使这种反应的可能性更大) ,使大部分环 氧 氯 丙烷没有发挥交联剂的作用 ,从而导致实际的交联 度大大低于理论值 。 聚乙烯醇—EPI甘水凝胶（a）和原始聚乙烯醇 （b）的红外光谱图分别画在图2上。在光谱谱图 （a）、（b）中，3437、3319处的吸收峰分别是 PVA—EPI干凝胶、PVA中的O—H伸缩振动的吸收 峰，且为强吸收，说明聚合物具有很强的亲水性。
∆ Cp 是过冷水与冰的热熔差， ∆ H0 ( T=273K) =333.5J/g。 peak1和peak2部分由于峰型的不对称因此我们简单 地利用直线在两峰之间的最低点将 Peak1 和 Peak2 分开 . 这样做虽然对自由水 与可冻结结合水含量 的 估算 有一点影响 ,但对非冻结水的值几乎没有影响。 非冻结水的重量（Wn）通过水的重量减去冻结水的 量求得。