高分子凝胶

姓名：王敏

学校：南通大学

学院：化学化工学院专业：高分子材料与工程指导老师：陆亚请

目录

1、前言 (3)

2、智能高分子凝胶的介绍 (4)

3、智能凝胶的体积相变原理 (4)

4、智能高分子凝胶对各种外界刺激的晌应性 (5)

4.1溶剂组成 (5)

4．2 温度 (6)

4．3 pH值 (7)

4．4 光 (7)

4．5 电场 (8)

4．6磁场 (9)

4.7化学物质 (9)

4.8表面活性剂 (10)

4.9温度与PH双重性 (10)

5、智能凝胶的应用 (11)

5．1 药物释放系统(DDS) (11)

5．2化学机械 (12)

5．3化学阀 (12)

5．4人工触觉系统 (13)

5.5调光材料 (13)

5.6组织工程 (14)

5.7环境工程 (14)

5.8智能膜 (15)

5.9灵巧凝胶表面 (15)

6、展望 (16)

致谢 (16)

参考文献： (17)

智能高分子凝胶刺激响应的分类与应用

（南通大学化学化工学院王敏）

摘要：当今世界，高分子材料被用于生产与储存、健康与医疗保健、通讯与信息处理、交通、建筑以及能源的生产和利用，还对人们的休闲和创造活动有影响。在新的世纪里，人们对高分子材料依赖性会更大。本文介绍了智能高分子凝胶的定义、分类、研究历史和体积相变原理。按外界环境刺激因素如温度、pH值、光、电场和磁场等分类，介绍了智能高分子凝胶的特性，并展望了智能高分子凝胶的应用前景。

关键词：智能材料、凝胶、高分子材料、刺激响应性、应用

正文

1、前言

智能高分子凝胶展现了具有传感、处理和执行三重功能的智能材料的特征，反映了信息科学与材料科学的融合。今后，智能高分子凝胶的发展方向是利用仿生学的原理，以自然界中的生物体为蓝本，开发出在功能上接近甚至超过生物体组织的智能高分子凝胶。刺激响应性高分子凝胶是结构、物理和或化学性质可以随外界环境改变而变化的一类智能材料。根据凝胶高分子网络中所含液体的不同, 有水凝胶和有机凝胶之分, 水凝胶是最常见也是最重要的一种, 绝大多数生物体内存在的天然凝胶均属于水凝胶。由于响应性水凝胶在药物控释系统、记忆元件开关、人造肌肉、化工分离等领域的潜在应用价值, 引起了国内外许多学者的广泛关注。目前, 对智能水凝胶的研究已成为功能高分子研究领域的一大热点, 尤其是近年来, 有关水凝胶的研究得到空前的发展, 涌现出许多阶段性成果。本文着重讲述刺激响应性水凝胶的刺激响应的分类与应用以及研究现状。[1]

2、智能高分子凝胶的介绍

高分子凝胶是指三维高分子网络与溶剂组成的体系，网络交联结构使其不溶解而保持一定的形状，因为凝胶结构中含有亲溶剂性基团，使之可被因为凝胶结构中含有亲溶剂性基团，使之可被溶剂溶胀而达到平衡体。[1]

凝胶的大分子主链或侧链上含有离子解离性、极性或疏水性基团，对溶剂组分、温度、pH 值、光、电场、磁场等的变化能产生可逆的、不连续(或连续)的体积变化，所以可以通过控制高分子凝胶网络的微观结构与形态，来影响其溶胀或伸缩性能，从而使凝胶对外界刺激作出灵敏的响应，表现出智能。[2]

凝胶的性质有：⑴触变性物理凝胶受外力作用，网状结构被破坏而变成流体，外部作用停止后，又恢复成半固体凝胶结构，这种凝胶与溶胶相互转化的过程，称为触变性。⑵溶胀性凝胶吸收流体后自身体积明显增大的现象，是弹性凝胶的重要特性。⑶脱水收缩性溶胀的凝胶在低蒸气压下保存，流体缓慢地自动从凝胶中分离出来的现象。⑷透过性凝胶与流体性质相似，可以作为扩散介质。[1]

3、智能凝胶的体积相变原理

吸水溶胀是水凝胶的一个重要特性, 水凝胶的溶胀过程实际上是两个相反趋势的平衡结

果一方面, 溶剂力图渗人到网络内使体积溶胀, 导致三维分子网络的伸展另一方面, 交

联点之间分子链的伸展降低了高聚物的构象嫡值, 分子网络中的弹性收缩力力图使分子

网络收缩, 当这两种相反的趋势相互抵消时, 就达到了溶胀平衡。Tanaka曾发现渗透压是凝胶溶胀的推动力, 渗透压二的大小可由著名的Flory--Huggins理论导出: [3]

式中,R 为气体常数,T为绝对温度。为溶剂的摩尔体积, 为聚合物一水相互作用参数，代表网络的体积分数，表示无规线团聚合物链的体积分数，和, 分别是凝胶和溶液中离子的总浓度。V则是时单位体积组成链的数目。

体积相转变是水凝胶的体积随外界环境因子的变化产生不连续变化的现象。它可由溶胀相转变成收缩相, 也可由收缩相转变成溶胀相。发生体积相转变现象的原因是分子之间的范

德华力、氢键、疏水相相互作用力和由聚合物链上带的电荷产生的静电作用力种相互作用力的结果。[4]

根据Flory--Huggins 理论中凝胶平衡溶胀度与归一化温度的关系式可知, 当每根分子链所带的电荷数为零或较少时, 凝胶的体积随归一化的变化作连续的变化当增大到一定值后, 凝胶的体积随的变化作不连续的变化, 即发生体积相变。[1]

外界环境因子的变化

内因：范德华力、氢键、疏水作用及静电作用力-相互组合和竞争。

4、智能高分子凝胶对各种外界刺激的晌应性

4.1溶剂组成

利用高分子与溶剂之间的相互作用力的变化、溶胀高分子凝胶的大分子链的线团一球的转变，使凝胶由溶胀状态急剧地转化为退溶胀状态，从而高分子凝胶表现出对溶剂组分变化的响应，这类材料可由聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等制成。如：聚丙烯酰胺(PAAM)纤维经环化处理后除去未环化的部分以及未参加反应的物质，干燥后即得到PAAM 凝胶纤维。这

种纤维在水中伸长，在丙酮中收缩，而且其体积随溶剂体系中丙酮含量的增加发生连续的