高分子水凝胶简介PPT幻灯片课件

水凝胶的网络键合
分为物理凝胶和化学凝 胶。物理凝胶是通过物 理作用力如静电作用、 氢键、链的缠绕等形成 的，这种凝胶是非永久 性的，通过加热凝胶可 转变为溶液，所以也被 称为假凝胶或热可逆凝 胶。化学凝胶是由化学 键交联形成的三维网络 聚合物，是永久性的， 又称为真凝胶。
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制备
单体聚合并交联 聚合物交联
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载体的接枝共聚
• 水凝胶的机械强度一般较差 ， 为了改善水凝胶的机械强度 ， 可以把水凝胶接枝到具有一定强度的载体上。
• 在载体表面产生自由基是最为有效的制备接枝水凝胶的技术 ， 单体可以共价地连接到载体上。
• 通常在载体表面产生自由基的方法有电离辐射、紫外线照射、 等离子体激化原子或化学催化游离基等，其中电离辐射技术是 最常采用的产生载体表面自由基的一种技术。
载体的接枝共聚
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单体聚合并交联
• 合成水凝胶的单体很多 ,大致分为中性、酸性、碱性 3 种。水凝 胶可以由一种或多种单体采用电离辐射、紫外照射或化学引发 聚合并交联而得。 一般来说 ，在形成水凝胶过程中需要加入少 量的交联剂。
• Nogao ka等在不使用交联剂的情况下通过辐射引发使单体在水 溶液中交联合成聚 N-异丙基丙烯酰胺水凝胶 ，这种方法操作 简单 ，交联度可通过改变单体浓度及辐射条件来控制 ，无任何 添加成分 ，不会污染产品 ,可以一步完成产品的制备及消毒。 与传统方法相比 ，合成的凝胶更均匀 ，更有利于其性质的研究 及生产更方便。
十分活跃
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性质
溶 胀 收 缩 行 为
吸水溶胀是水凝胶的一个重要特征。
在溶胀过程中 ，一方面水溶剂力图渗入高聚物内使 其体积膨胀，另一方面由于交联聚合物体积膨胀 ,导 致网络分子链向三维空间伸展 ，分子网络受到应力 产生弹性收缩能而使分子网络收缩。
当这两种相反的倾向相互抗衡时 ，达到了溶胀平衡 , 可见凝胶的体积之所以溶胀或收缩是由于凝胶内部 的溶液与其周围的溶液之间存在着渗透压 。
水凝胶的溶胀收缩行为通常用凝胶溶胀前后的质量 百分比表示 ,对于膜的溶胀也常用膜面积的变化表示。
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力学性能
水凝胶不仅要求具有良好的溶胀性能 ，而且应具有理想 的力学强度 ,以满足实际的需要。
大多数水凝胶在溶胀状态下呈橡胶态 ，当水凝胶处于橡 胶态时 ,它的力学行为主要依赖于聚合物网络结构 ，在 足够低的温度下 ，这些凝胶失去橡胶弹性而表现为粘弹 性。
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。
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合成材料
合成高分子水凝 胶和天然高分子 水凝胶。天然高 分子优点具有更 好的生物相容性、 对环境的敏感性 以及丰富的来源、 低廉的价格 ， 但缺点是天然高 分子材料稳定性 较差 ,易降解
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烧伤涂敷物
水凝胶材料直接用于与人体组织接触 ，可防止 体外微生物的感染 ，抑制体液的损失 ，传输 氧到伤口 ，一般说来能促进伤口的愈合。 在 中欧 ，注册商标为 HDR或AQUA2GEL 的水 凝胶烧伤涂敷物 ，销售前景看好 ，这种产品 是通过辐射法制备的。 这种涂敷物也可制成喷 雾液、乳液或膏状 ,一些消炎药物也可包埋其 中 ，透过凝胶缓慢地释到受伤部位 ,加速伤口 的愈合。
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聚合物交联
• 从聚合物出发制备水凝胶有物理交联和化学交联两种。
• 物理交联通过物理作用力如静电作用、离子相互作用、氢键、 链的缠绕等形成。
• 化学交联是在聚合物水溶液中添加交联剂 ，如在PVA 水溶液中 加入戊二醛可发生醇醛缩合反应从而使 PVA 交联成网络聚合物 水凝胶。
• 从聚合物出发合成水凝胶的最好方法是辐射交联法 ，所谓辐射 交联是指辐照聚合物使主链线性分子之间通过化学键相连接。
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药物传输体系
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 ，一般说来 ，有两 种类型的控制释放 ，一种是像凝胶涂 敷物一样释放小分子 ，另一种情况是 含有药物的聚合物基材逐渐分解 ，在 这种情况下 ，药物扩散进入周围环境 ， 由材料的生物降解速率控制。
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力学性能
研究水凝胶力学性能必须很好地掌握橡胶弹性及粘弹性理论 ， 橡胶弹性及粘弹性理论基于链的取向和结构的回复与时间的 关系 ,前者不依赖于时间 ，而后者与时间有关。
通过使用描述力学行为的理论 ，能够分析聚合物的结构 ,测 定交联链间的有效分子量以及阐明弹性活动链交联成环的数 目 ,有时候也必须使用理论外推力学性能以确定所选用的材 料。
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分类
形状大小
宏观凝胶与微观 凝胶 (微球) 之 分，形状的不同 宏观凝胶又可分 为柱状、多孔海 绵状、纤维状、 膜状、球状等 , 目前制备的微球 有微米级及纳米 级之分
对外界刺激的响应情况
传统的水凝胶和环境敏
ห้องสมุดไป่ตู้
感的水凝胶 。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
水凝胶的简介
目录 水凝胶的定义 水凝胶的基本性质 水凝胶的分类 水凝胶的制备 水凝胶的应用 研究前景
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定义
水凝胶是一种能够在水中溶胀并保持一定水 分而又不溶于水的具有三维网络结构的新型
功能高分子材料，兼有固体和液体的性质
水凝胶具有良好的生物相容性 ,自 20世纪 40 年代以来 ,有关水凝胶的合成、理化性质 以及在生物化学、医学等领域中的应用研究
工业用品 面。
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农业、土建
水凝胶材料可用在农用薄膜、农业园艺用保 水材料、污泥固化、泥水添加剂、墙壁顶棚 材料等方面。 绿化沙漠是高吸水性水凝胶材 料极有潜力的用途之一 ，可通过制成保水剂 的方式实施。
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生物医学
• 烧伤涂敷物 • 药物传输体系 • 补齿材料 • 移植 • 隐型眼镜 • 生物分子、细胞的固定化
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日用品
应用
工业用品
农业、土建
生物医学领 域
日用品
• 水凝胶作为一种高吸水性材料 ，广泛地应用于 香料载体以及纸巾等方面 ，用量不大 ，价格能 为消费者接受 ，目前用在该领域的材料主要是 交联的聚丙烯酸盐及淀粉-丙烯酸接枝聚合物。
• 水凝胶可用于油水分离、废水处理、空气过滤、 电线包裹材料、防静电、密封材料、蓄冷剂、 溶剂脱水、金属离子浓集、包装材料等诸多方