水凝膠是什么？

水凝膠是由親水性聚合物鏈通過化學(xué)或物理交聯(lián)而形成的三維網(wǎng)絡(luò)。它可以充分吸水而不溶于水，自身顯著溶脹的同時仍可以保持其原有的三維結(jié)構(gòu)。水凝膠含有大量的水，質(zhì)地柔軟，性狀可塑，物理性質(zhì)和生物組織類似，具有**的生物相容性，可以搭載不同的材料，比如藥物、細(xì)胞、外泌體等，同時硬度可調(diào)節(jié)，是一類優(yōu)秀的生物材料。

水凝膠的交聯(lián)方式是什么？有哪些類型？水凝膠的交聯(lián)原理？

纖維素衍生物如甲基纖維素(MC)、羧甲基纖維素(CMC)和羥丙基纖維素(HPC)等都是以纖維素為初始原料,通過物理交聯(lián)或者化學(xué)交聯(lián)的方法制備纖維素水凝膠,其形成機(jī)理如圖所示,表1列舉了水凝膠的幾種交聯(lián)方法。

水凝膠的制備與其交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成密切相關(guān)。一般說來，水凝膠的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以通過兩種方式形成：以分子間形成共價鍵方式形成的化學(xué)交聯(lián);通過范德華力、氫鍵、離子鍵和疏水相互作用等超分子結(jié)構(gòu)形成物理交聯(lián)。        

1、物理交聯(lián)！

主要指分子通過離子間作用、氫鍵、結(jié)晶化等形成水凝膠。離子間作用形成的凝膠結(jié)構(gòu)可以在較為溫和的條件下進(jìn)行，加入金屬離子通常會增強(qiáng)凝膠結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。物理交聯(lián)形成的凝膠，一般是可逆的。

2、化學(xué)交聯(lián)！

主要指高分子鏈段間以共價鍵交聯(lián)起來。一般需要加入交聯(lián)劑，利用化合物發(fā)生加成、縮合之類的化學(xué)反應(yīng)，彼此之間形成化學(xué)交聯(lián)，即得到凝固的水凝膠結(jié)構(gòu)�；瘜W(xué)交聯(lián)形成的凝膠結(jié)構(gòu)，除非破壞化學(xué)鍵，一般是不可逆的。

水凝膠粘接，水凝膠粘性原理是什么?

水凝膠的粘性原理主要與其特殊的結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)。

首先，水凝膠是一種能在水中溶脹并保持大量水分的高分子網(wǎng)絡(luò)體系。這種網(wǎng)絡(luò)體系由親水性的高分子鏈通過物理或化學(xué)交聯(lián)形成，使得水凝膠在水中能夠吸收并保持大量的水分，同時保持一定的形狀和機(jī)械強(qiáng)度。

其次，水凝膠的粘性來自于其分子鏈上的親水基團(tuán)與水分子之間的相互作用。當(dāng)水凝膠與水接觸時，其分子鏈上的親水基團(tuán)會與水分子形成氫鍵或其他相互作用力，使得水凝膠能夠緊密地粘附在濕潤的表面上。

此外，水凝膠的粘性還與其交聯(lián)程度和分子鏈的柔韌性有關(guān)。交聯(lián)程度越高，水凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，粘性也越強(qiáng)。而分子鏈的柔韌性則決定了水凝膠在受力時能夠發(fā)生形變并適應(yīng)不同形狀的表面，從而增強(qiáng)其粘附能力。

需要注意的是，不同類型的水凝膠可能具有不同的粘性原理和粘附機(jī)制。例如，一些水凝膠可能通過靜電相互作用、范德華力或疏水相互作用等機(jī)制來實現(xiàn)粘附�？傊�，水凝膠的粘性原理涉及其分子結(jié)構(gòu)、親水基團(tuán)與水分子的相互作用以及交聯(lián)程度和分子鏈的柔韌性等因素。這些因素共同作用使得水凝膠能夠在濕潤環(huán)境中實現(xiàn)有效的粘附。

圖2 觸發(fā)水凝膠形成凝膠結(jié)構(gòu)的示意圖（A，內(nèi)在觸發(fā)包括利用溫度變化、組分混合pH變化、添加酶等來形成凝膠結(jié)構(gòu)；B，間接觸發(fā)包括使用一些熱或光引發(fā)劑的激活來刺激形成凝膠結(jié)構(gòu)）

水凝膠粘合劑，水凝膠交聯(lián)劑有哪些？

水凝膠交聯(lián)劑是指用于交聯(lián)水凝膠的高分子化合物。常用的水凝膠交聯(lián)劑包括以下幾種：

1. 化學(xué)交聯(lián)劑：化學(xué)交聯(lián)劑是將兩個或兩個以上的高分子合成鏈段化學(xué)結(jié)合在一起，形成一種耐高溫、耐腐蝕、耐磨損的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而增加材料的強(qiáng)度和硬度。常見的化學(xué)交聯(lián)劑有聚合物交聯(lián)劑、環(huán)氧交聯(lián)劑以及明膠交聯(lián)劑等。其中，聚合物交聯(lián)劑的應(yīng)用范圍較廣，可用于醫(yī)用材料、電子材料、建材等多個領(lǐng)域。

2. 物理交聯(lián)劑：物理交聯(lián)劑是通過物理機(jī)制使高分子鏈段相互交錯、纏繞、聚集的方式形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)的材料。該種交聯(lián)劑不需加熱、添加催化劑，具有簡單、快速、環(huán)保等優(yōu)點。常見的物理交聯(lián)劑有電子束輻照交聯(lián)、熱濕交聯(lián)等。其中，電子束輻照交聯(lián)適用于汽車、電纜、建材等行業(yè)，熱濕交聯(lián)適用于絕緣材料、醫(yī)用材料等領(lǐng)域。

3. 生物交聯(lián)劑：生物交聯(lián)劑是利用生物分子如蛋白質(zhì)、多肽、核酸等物質(zhì)，在適宜條件下與高分子發(fā)生非共價鍵結(jié)合，形成強(qiáng)大的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。常見的生物交聯(lián)劑有凝血酶、膠原蛋白、海藻酸等。其中，膠原蛋白的應(yīng)用范圍較廣，可用于生物醫(yī)用材料、美容等領(lǐng)域。

除了以上三種常見的交聯(lián)劑外，還有一些其他類型的交聯(lián)劑，如多羥基化合物、進(jìn)行交聯(lián)的氫氧化鉀和膠體硅酸等。這些化合物能夠與水中的硬化劑發(fā)生反應(yīng)，形成三維的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而使水凝膠固化。其中常用的多羥基化合物是聚甲醛醇（POM）、聚乙烯醇（PVA）等，它們可以通過控制交聯(lián)劑的加量和反應(yīng)條件等方式調(diào)整水凝膠的加工性能和保水性能。

總之，水凝膠交聯(lián)劑的種類繁多，不同的交聯(lián)劑具有不同的特點和應(yīng)用范圍。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求選擇合適的交聯(lián)劑，以達(dá)到**的水凝膠性能和效果。

水凝膠的化學(xué)方法制備：

與物理水凝膠不同，化學(xué)水凝膠不可逆，是通過共價鍵連接的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。化學(xué)方法制備高分子水凝膠的起始原料可以是單體(水溶性或者油溶性單體)、聚合物，或者單體聚合物的混合物。化學(xué)交聯(lián)是非自發(fā)的，聚合物與小分子交聯(lián)劑(如醛類)反應(yīng)，或者通過輻射(如電子束、γ射線，或者紫外線)引發(fā)反應(yīng)。

化學(xué)方法包括單體交聯(lián)聚合、接枝共聚和水溶性聚合物交聯(lián)。單體交聯(lián)聚合是指在交聯(lián)劑的存在下，單體通過自由基均聚/共聚制備聚合物水凝膠。

水凝膠的結(jié)構(gòu)和性交聯(lián)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑等方法，可以控制水凝膠的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。此外，聚合方法(水溶液聚合法或反相懸浮聚合法)、單體類型和組成、交聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)和類型(水溶性或油溶性)也決定了水凝膠的綜合性能。

　　化學(xué)交聯(lián)制備水凝膠：

　　NVP-MMA共聚物水凝膠

　　絲素蛋白/共聚物水凝膠

　　DMAEMA/NVP/HEMA共聚物水凝膠

　　溫敏性五嵌段共聚物水凝膠

　　丙烯酸羥乙酯交聯(lián)共聚物水凝膠

　　細(xì)菌視紫紅質(zhì)/嵌段共聚物水凝膠復(fù)合材料

　　馬來酰化殼聚糖結(jié)構(gòu)共聚物水凝膠

　　溫敏性聚(丙交酯-乙交酯-對二氧六環(huán)酮)-聚乙二醇嵌段共聚物水凝膠

　　HEMANVP二元共聚物水凝膠

　　金剛烷改性共聚物水凝膠

　　P(NIPAM—co—MAA)共聚物水凝膠

　　溫敏性聚碳酸酯-聚乙二醇嵌段共聚物水凝膠

　　L?丙氨酸、L?谷氨酸?5?芐酯多肽共聚物水凝膠

　　聚甲基丙烯酸N,N—二甲氨基乙酯及其共聚物水凝膠

　　溫敏性聚(丙交酯-乙交酯-對二氧六環(huán)酮)-聚乙二醇嵌段共聚物水凝膠

　　絲素蛋白/PLA-PEG-PLA共聚物水凝膠

　　氨基酸酯改性NVP-MMA共聚物水凝膠

　　HEMA化學(xué)改性共聚物水凝膠

　　聚乙二醇聚L纈氨酸嵌段共聚物水凝膠

　　聚天門冬氨酸與聚天冬氨酰胺共聚物水凝膠

　　熱塑性超分子聚合物水凝膠

　　溫敏性超分子聚合物水凝膠

　　超分子聚合物水凝膠

　　溫敏性三嵌段共聚物水凝膠

　　NVP三元共聚物水凝膠

　　環(huán)境敏感型兩性共聚物水凝膠

　　AM-HEMA-NVP共聚物水凝膠

　　AM-HEMA-NVP三元共聚物水凝膠

　　AMPS/NIPAAm/DMAEMA三元共聚物水凝膠

　　NIPAM共聚物多孔水凝膠

　　共聚物Poly(NIPAm-co-IA)水凝膠

　　丙烯酸/α-甲基丙烯酸/丙烯酰胺共聚物智能水凝膠

　　苯乙烯—馬來酸酐共聚物智能水凝膠

　　包埋嵌段共聚物的水凝膠

　　聚乙二醇/聚己內(nèi)酯嵌段共聚物溫敏水凝膠

　　聚乙二醇共聚物環(huán)境敏感水凝膠

　　pH響應(yīng)型共聚物納米水凝膠

　　溫敏性非離子型共聚物納米水凝膠

　　N-異丙基丙烯酰胺的共聚物溫敏水凝膠

　　聚乙二醇/可降解聚酯嵌段共聚物熱致水凝膠

　　兩親性嵌段共聚物的水凝膠

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