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水凝胶及其运用

发布时间:2020-08-18



水凝胶——21世纪最具有产业潜力的功能性膜材料

水凝胶(Hydrogel)是一种发展迅速的新型功能高分析材料,是一种具有高吸水性能的亲水性材料,性质柔软,能保持一定的形状的同时吸收大量的水。在聚合物水凝胶的网络结构中往往含有亲水基团或亲水的链段,它们在水环境中能够与水结合,但是由于交联网络的存在阻止了水凝胶在水中的溶解,使得其显著的溶胀但却不溶于水。

我们日常生活中的许多物品都具有水凝胶的特性,从软性隐形眼镜、避孕套到一次性尿布。发胶、牙膏和植物水晶体都是用水凝胶制成的。海藻酸钠水凝胶与芦荟结合的伤口敷料可以保持伤口湿润并促进细胞再生。

水凝胶根据水凝胶网络键合不同,可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。许多天然高分子在常温下呈稳定的凝胶态,如k2型角叉菜胶、琼脂等;在合成聚合物中,聚乙烯醇(PVA)是一典型的例子,经过冰冻融化处理,可得到在60℃以下稳定的水凝胶。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。

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。因此与石墨烯一起被誉为21世纪最具有产业潜力的功能性膜材料。

在生物医学方面,水凝胶具有强大渗透力,被视为细胞的理想繁衍地,在生物医学及组织工程中具有广泛的应用。水凝胶材料可作为创伤敷料直接用于与人体组织接触,防止体外微生物感染和体液损失,并能传输养份到伤口促进伤口愈合。目前水凝胶比较普遍的应用主要是小儿退热贴。



在农业方面,水凝胶作为保水剂主要应用在种子包衣、抗旱保水、化肥缓释等方面。使用保水剂可以抑制土壤水分蒸发、提高土壤饱和含水量、降低土壤饱和导水率、降低土壤释水率、提高叶片保水率等功效。对土温升降有缓冲作用,具有良好的土壤保温性,可利用吸收的水分保持部分白天光照的热能,用以调节夜间温度,使昼夜温差变幅减小。因保水剂具有吸持和保蓄水分的作用,故可在一定程度上减少可溶性养分的淋溶损失,其与化肥、农药混用可起到增效缓释的作用。




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