水凝胶简介讲义.ppt

第一部分 水凝胶简介 * 提纲 Crosslinked Polymer Hydrogel Synthesis Expansion of a Hydrogel structure Swelling Forces in Hydrogels Swelling Mechanism Water in Hydrogels Hydrogels Properties Hydrogels Characterization Summary * Crosslinked Polymer Crosslinked Polymers 举例 接触镜 Poly(methyl methacrylate) and poly(hydroxyethyl methacrylate) are crosslinked with ethylene glycol dimethacrylate * Hydrogel synthesis While hydrogels are generally prepared based on hydrophilic monomers, hydrophobic monomers are sometimes used in hydrogels preparation in order to regulate the properties for specific applications. In general, the three integral parts of the hydrogels synthesis are monomer, initiator, and crosslinker. Sometimes, diluent are needed. The hydrogels properties can be modulated by varying the synthetic factors, such as reaction vessel, reaction time, reaction temperature, monomer type, type of crosslinker, crosslinker-to-monomer ratio, monomer concentration, and type and amount of initiator * 除单体制备水凝胶之外的其他合成方法 原理：水凝胶结构的扩张 溶胶转变为凝胶的过程 通过物理作用——氢键(聚乙烯醇)、离子键等 Monomers, such as N-isopropylacrylamide, that contain hydrophobic groups, in aqueous solutions, aggregate at certain temperatures, displaying a hydrosol/hydrogels transition. 聚丙烯酰胺与聚丙烯酸共混可形成水凝胶，原因是两者之间的官能团相互作用。 * * 水溶胶高分子可能与金属离子相互作用形成凝胶 天然水溶性高分子如海藻酸、壳聚糖可分别与钙离子、磷酸根形成水凝胶 聚阳离子电解质与聚阴离子电解质相互作用也可形成水凝胶，如海藻酸—COOH与壳聚糖—NH2相互作用可形成水凝胶 高分子链的聚合是另外一种水凝胶的制备方法 例如：琼脂与明胶随着温度的改变存在溶胶-凝胶转变。 * Swelling Forces in Hydrogels 两类力的平衡 静电排斥+高分子与水的作用力+离子电荷的渗透作用=弹性力 * 水凝胶可以分为非离子型、离子型(阳离子型、阴离子型、两性离子型)与亲水性骨架上修饰疏水基团型 非离子型水凝胶,如聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯(聚环氧乙烷)，仅仅存在高分子-水相互作用 阳离子型水凝胶在低pH下更易溶胀 阴离子型水凝胶在高pH下更易溶胀 两性离子型水凝胶在等电点位置不易溶胀 对于亲水性骨架上修饰疏水基团的高分子材料，其亲水作用与疏水作用在不同温度下作用不同，因此，在一定温度下这类高分子材料可以形成凝胶。 * 不同种类水凝胶结构 * 有时仅仅一种类型的水凝胶是不能满足需要的，因此需多种水凝胶共混形成合金，例如溶胀性强的水凝胶力学性能差，可以添加力学性能好，但溶胀性差的高分子改性。 * Swelling mechanism 水凝胶的吸水性能与许多因素有关： network parameters, nature of the solution, hydrogel structures(porous or poreless) drying techniques 最重要的一个影响因素是交联密度，即交联剂的有效浓度。 水进入高分子体系中的过程为两步，