高分子水凝胶

高分子水凝胶凝胶是指溶胀的三维网状结构高分子。

即聚合物分子间相互连结，形成空间网状结构，而在网状结构的孔隙中又填充了液体介质。

药用的凝胶大部分是水凝胶（hydrogel），它们通过制剂的形式进入体内后吸收体液自发形成。

水凝胶是指一种在水中能显著溶胀、保持大量水分的亲水性凝胶，为三维网络结构，多数水凝胶网络中可容纳高分子本身重量的数倍至数百倍的水，它不同于疏水性的高分子网络如聚乳酸和聚乙醇酸（只有有限的吸水能力，吸水量不到10%）。

水凝胶中的水有两种存在状态。

靠近网络的水与网络有很强的作用力，这种水在极低温度下又有冻结的和不冻结之分，而离网络比较远的水与普通水性质相似称为自由水。

影响水凝胶形成的主要因素有浓度、温度和电解质。

每种高分子溶液都有一个形成凝胶的最小浓度，小于这个浓度则不能形成凝胶，大于这个浓度可加速凝胶。

对温度来说，温度低，有利于凝胶，分子形状愈不对称，可胶凝的浓度越小，但也有些高分子材料加热后胶凝，低温变成溶液。

电解质对胶凝的影响有促进作用也有阻止作用，其中阴离子起主要作用。

水凝胶从来源分类，可分为天然水凝胶和合成水凝胶；从性质来分类，可分为电中性水凝胶和离子型水凝胶，离子型水凝胶又可分为阴离子型、阳离子型和两性电解质型水凝胶。

根据水凝胶对外界刺激应答情况不同，水凝胶又可分为两类：①传统的水凝胶，这类水凝胶对环境的变化，如PH或温度变化不敏感；②环境敏感水凝胶，这类水凝胶对温度或PH 等环境因素的变化所给予的刺激有非常明确和显著的应答。

不同结构、不同化合物的水凝胶具有不同的物理化学性质如溶胀性、触变性、环境敏感性和黏附性等：（一）溶胀性：水凝胶在水中可显著溶胀。

溶胀性是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，这是弹性凝胶的重要特性，凝胶的溶胀可分为两个阶段：第一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小）；第二阶段是液体分子的继续渗透，这时凝胶体积大大增加。

水凝胶的吸水率概述水凝胶是一种高分子材料，具有出色的吸水性能。

它能够迅速吸收大量水分并形成凝胶状态，被广泛应用于各个领域，如农业、医疗、环境保护等。

水凝胶的吸水率是衡量其吸水性能的重要指标，本文将详细介绍水凝胶的吸水率及其影响因素。

吸水率的定义吸水率是指水凝胶在一定条件下吸收水分的能力，通常用重量比例表示。

吸水率越高，表示水凝胶能够吸收更多的水分。

影响吸水率的因素1. 材料组成水凝胶的吸水率与其材料组成有关。

一般来说，水凝胶的主要成分是聚合物，如聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺等。

不同的聚合物具有不同的吸水性能，因此会对吸水率产生影响。

2. 粒径大小水凝胶的粒径大小也对吸水率有一定影响。

通常情况下，粒径越小，比表面积越大，吸水率也就越高。

这是因为较小的颗粒能够提供更多的吸附位点，增加了水分吸附的机会。

3. 网络结构水凝胶的网络结构对其吸水率有着重要影响。

一个较为稳定且均匀的网络结构可以提供更大的吸水空间，从而增加吸水率。

4. pH值水凝胶的吸水率还与环境中的pH值有关。

不同的水凝胶在不同的pH值下表现出不同的吸水性能。

例如，聚丙烯酸钠在酸性环境下吸水性能较好，而在碱性环境下吸水性能较差。

5. 温度温度也会对水凝胶的吸水率产生一定影响。

一般来说，较高的温度会促进水分分子的扩散，从而提高水凝胶的吸水率。

测量吸水率的方法1. 定量法定量法是一种常用的测量水凝胶吸水率的方法。

该方法通过称量水凝胶的干重和吸水后的重量，计算出吸水率。

具体步骤如下：1.将一定质量的水凝胶样品称量并记录其干重；2.将水凝胶样品放入一定量的水中浸泡一段时间，使其完全吸水；3.取出水凝胶样品，用纸巾等吸去表面多余的水分，然后称量并记录其湿重；4.根据干重和湿重计算出吸水率。

2. 容积法容积法是另一种常用的测量水凝胶吸水率的方法。

该方法通过测量水凝胶吸水后的体积变化来计算吸水率。

具体步骤如下：1.将一定体积的水凝胶样品放入一个容器中，并记录容器的初始体积；2.加入一定量的水，使水凝胶完全吸水；3.记录容器中水凝胶的最终体积；4.根据体积变化计算出吸水率。

丙烯酸水凝胶制备
丙烯酸水凝胶是一种重要的高分子水凝胶材料，可用于涂层、大理石、磨料、过滤、胶黏剂等领域。

制备丙烯酸水凝胶的基本步骤如下：
1. 材料准备：将溶剂、起始剂、稳定剂和丙烯酸等材料准备好。

2. 溶剂预处理：按一定比例加入甲苯和去离子水，混合均匀，过滤除杂质。

3. 加入起始剂：再将过滤好的溶剂倒入反应釜中，加入过硫酸铵等起始剂，开始加热。

4. 加入丙烯酸：当溶剂的温度达到一定程度时，将丙烯酸缓慢加入，同时反应釜内维持一定的温度和搅拌速度。

5. 加入稳定剂：反应进行到一定程度时，加入一定量的稳定剂，继续加热和搅拌。

6. 除氧：在反应结束前，用氮气去除反应釜中的氧气。

7. 喷淋成型：反应完后，将制得的丙烯酸水凝胶从反应釜中取出，并进行喷淋成型。

以上为丙烯酸水凝胶的基本制备过程，制备时需注意一些注意事项，例如反应温度、反应时间等因素，以保证制得的水凝胶质量和性能达到要求。

高分子水凝胶综述摘要在这篇综述中，笔者以高分子水凝胶为探究的领域，围绕其产生、发展、应用等诸方面，浅层次地加以论述。

论文大体的探讨方式是这样：首先以高分子水凝胶的出现为基点，考察其定义的由来以及与吸水树脂之间的关系；然后以高分子水凝胶潜在应用价值的属性为导向线，对其进行分类，讨论相应的制备方法和水凝胶性能各类表征方法；接着突出强调环境敏感性水凝胶的制备及响应原理；而水凝胶实际应用及缺陷则作为最后系统概括。

关键词：高分子水凝胶应用性能制备产生、定义与比较高分子水凝胶的合成可以追溯到20世纪50年代后期，Wichterle和Lim合成了第一个医用甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）水凝胶[1]。

对于高分子水凝胶的定义，各个文献报道的都很接近，即由带有化学或物理交联的亲水性高分子链形成的三维固体网络[2]，在水环境下高分子水凝胶能够发生吸水溶胀，甚至有的吸水能超过其自重好多倍（图1）图1凝胶吸水溶胀前与溶胀后的比较（左侧为吸水溶胀后，右侧为吸水溶胀前）同时，笔者发现，高分子水凝胶与吸水树脂之间的关联需要被加以认知。

吸水树脂本身就是一种新型功能高分子材料，具有亲水基团，能吸收大量水分而又能保持水分不外流。

当水分子通过扩散作用及毛细作用进入到树脂中时，形成的树脂即称为高分子水凝胶。

也就是说，吸水树脂是高分子水凝胶的前身，且当树脂经吸水后才成为水凝胶。

此外，对于高分子水凝胶的吸水并且保水的机理也需要加以阐述。

从化学结构上来分析，凝胶是分子中含有亲水性基团和疏水性基团的交联型高分子。

在凝胶的交联网格里，必然存在很多疏水性基团朝外，亲水性基团朝里的结构，在这样的结构下，亲水性基团与水分子以氢键等方式进行结合，疏水性基团在外头形成的屏障可以有效地间隔不同的内亲水网格，起到容纳水分子容器的作用（图2）。

OOH R O H R OO H R O OH RO OH R O OHR OOH OHH图2 凝胶保持水分子示意图图2中，右下侧的疏水性基团是朝内的，这表明凝胶亲水性网格结构内部也是含有非亲水性基团的；而水分子与亲水链上的氧之间形成了氢键。

水凝胶水凝胶（Hydrogel）是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。

凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。

这些高分子按其来源可分为天然和合成两大类。

天然的亲水性高分子包括多糖类（淀粉、纤维素、海藻酸、透明质酸，壳聚糖等）和多肽类（胶原、聚L-赖氨酸、聚L-谷胺酸等）。

合成的亲水高分子包括丙烯酸及其衍生物类（聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等）。

一、卡波姆卡波姆（c arbomer），是以季戊四醇等与丙烯酸交联得到的丙烯酸交联树脂，是一类非常重要的流变调节剂，中和后的卡波是优秀的凝胶基质，有增稠、悬浮等重要用途，工艺简单，稳定性好，广泛应用于乳液、膏霜、凝胶中。

卡波姆9401g，水45.4g，甘油53.4g，三乙醇胺1.1g。

先将树脂溶于水中，待完全溶胀后，加入甘油混匀，或过胶体磨，均匀后，加入三乙醇胺，得透明的凝胶。

加三乙醇胺时，尽量减少气泡生成。

此基质具水溶性基质的特点，外观透明美观，搽于皮肤上有特别的细腻滑爽感，与皮肤藕合效果极佳。

以卡波姆为基质的软膏应贮存于密闭避光的容器内。

本品形成的水凝胶，在pH为6～12时最为粘稠，当pH＜3和＞12时，粘度降低，强电解质存在也会使粘度降低，曝露于阳光下会迅速失去粘性，加入抗氧剂可使反应减慢。

胶浆在pH5～11范围内十分稳定，可高压蒸汽灭菌，不分解，粘度不变，可加入适量的防腐抑菌剂。

少量挥发油类或在基质中不溶的其它物质，可先用吐温80或增加处方中丙二醇、乙醇用量使之变得透明。

1、碱---用于中和卡波姆的碱多为三乙醇胺、氢氧化钠、乙二胺、月桂胺、碳酸氢钠等。

一般pH值在5～11之间凝胶比较稳定，在pH6～12时最为黏稠，可根据制剂需要调节碱的使用量，以获得不同的pH值。

碱的加入方法：搅拌下加入到卡波姆溶胀物中，可先加碱后加药液，也可与药液同时加入，还可最后加入。

几种加入方法因药物性质的不同而效果可能不同，应多试为准。