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pH敏感水凝胶的作用原理主要是基于其聚合物链中存在大量的可解离成离子的酸性或碱性基团，如羧基、氨基等。
这些基团在不同pH值的环境下会发生相应的解离或重组，从而改变水凝胶的体积。
具体来说，当pH值发生变化时，水凝胶中的酸性或碱性基团会解离或重组，导致凝胶内的部分氢键被破环，凝胶网络的交联点减少，凝胶网络结构发生改变，进而水凝胶的溶胀度发生改变。
此外，pH敏感水凝胶还可以根据其解离基团的不同分为阴离子、阳离子和两性型。
例如，阴离子水凝胶中的大分子链上含有羧基等在碱性介质中解离的酸性基团，而在阳离子水凝胶中，大分子链上含有氨基等在酸性介质中解离的碱性基团。
需要注意的是，虽然pH敏感水凝胶在许多领域具有广泛的应用前景，但目前还存在一些局限性，如不能生物降解、只适于口服给药而不适合植入或注射给药等。
因此，未来需要进一步开发新的生物降解水凝胶，如多肽类水凝胶、蛋白质类水凝胶、多糖类水凝胶等。
调剖用凝胶的吸水溶胀特性评价及改进吴刚;田利民;王克涛;朱国良;李胜华;陈善峰【摘要】In view of the technical limitations of ordinary polyacrylamide hydrogel revealed gradually in the chemical profile control, a research was conducted on water soaking and viscosity loss of chrome crosslinking system and phenolic resin crosslinking system within a temperature range of 50 ℃ to 90 ℃; and following the basic theory of Darcy’s Law, a new soluble polymer material was introduced to improve the strength of ordinary gel crosslinking strength starting from increasing the crosslinking density and reduc-ing gel swelling degree. The results show that, when gel is adequately soaked in water, its viscosity will decrease with the extension of reaction time, and that the gel has swelling function and its viscosity loses. Addition of PVA can easily create in-grid hydrogen bond or winding with polyacrylamide molecules, which plays the role of physical crosslinking point and improves the gel viscosity by 30%. After observation for 180 days, its viscosity loss is less than10%. The research results can provide technical support for solving interlayer contradictions and initiating the production potential of low-permeability sections.%针对常规聚丙烯酰胺凝胶在化学剖面调整中逐渐暴露出的技术局限性，开展了50~90℃温度范围内的铬交联体系和酚醛树脂交联体系的水浸泡及黏度损失研究，并遵循“达西定律”基本理论，从增加交联密度、降低凝胶溶胀度的角度入手，引入新的可溶性高分子材料来改善常规凝胶交联强度。
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。
第1篇一、实验目的1. 了解水凝胶的基本概念、分类及特性。
2. 掌握水凝胶的制备方法，包括交联剂的选择、交联条件等。
3. 学习水凝胶的性能测试方法，如溶胀率、力学性能、溶胀动力学等。
4. 分析水凝胶在不同应用领域的应用前景。
二、实验原理水凝胶是一种具有三维网络结构的聚合物材料，具有高水含量、一定力学性能和良好生物相容性等特点。
水凝胶的制备通常采用交联剂使聚合物分子链发生交联，形成三维网络结构。
根据交联方式的不同，水凝胶可分为物理交联水凝胶和化学交联水凝胶。
三、实验材料、用具及试剂1. 材料：聚乙烯醇（PVA）、交联剂（乙二醛、戊二醛等）、NaOH、蒸馏水等。
2. 用具：磁力搅拌器、电子天平、烧杯、滴定管、锥形瓶、移液器、烘箱、冰箱等。
3. 试剂：PVA、交联剂、NaOH、氯化钠、氯化钙、盐酸等。
四、实验步骤1. 准备PVA溶液：称取一定量的PVA，加入适量的蒸馏水，在磁力搅拌器上加热溶解，待溶液冷却至室温。
2. 配制交联剂溶液：根据实验要求，配制一定浓度的交联剂溶液。
3. 制备水凝胶：将PVA溶液与交联剂溶液混合均匀，倒入培养皿中，放入烘箱中干燥至一定程度，取出后放入冰箱中冷藏。
4. 性能测试：a. 溶胀率测试：将水凝胶放入一定浓度的盐溶液中，在一定温度下浸泡一定时间，取出后称量，计算溶胀率。
b. 力学性能测试：将水凝胶在电子万能试验机上拉伸，记录断裂强度和断裂伸长率。
c. 溶胀动力学测试：将水凝胶放入一定浓度的盐溶液中，在不同时间取出，测量其溶胀率。
五、实验结果与分析1. 溶胀率测试：根据实验数据，计算出不同交联剂和不同温度下的溶胀率，分析溶胀率与交联剂、温度等因素的关系。
2. 力学性能测试：根据实验数据，分析水凝胶的断裂强度和断裂伸长率与交联剂、温度等因素的关系。
3. 溶胀动力学测试：根据实验数据，分析水凝胶的溶胀速率与交联剂、温度等因素的关系。
六、实验结论1. 水凝胶的制备方法简单，通过选择合适的交联剂和交联条件，可以制备出具有良好性能的水凝胶。
缩甲醛法制聚乙烯醇(PVA )水凝胶溶胀性能研究吴李国 章悦庭 胡绍华(东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海,200051)摘要 利用缩甲醛化的方法研制了聚乙烯醇水凝胶颗粒,系统地研究了这种水凝胶在蒸馏水中的溶胀性能,并比较了不同制备参数对该水凝胶溶胀性能的影响。
关键词:聚乙烯醇,甲醛,水凝胶,溶胀,缩醛化中图法分类号:TQ 31 固定化微生物处理有机废水的关键是选择合适的微生物载体,聚乙烯醇水凝胶由于其优良的载体性能而受到极大关注,关于这方面的研究国内文献报道已经不少[1～5],研究结果表明细菌的成活率和处理废水的效率都令人满意。
多数研究采用的聚乙烯醇水凝胶是利用冷冻法(或者在冷冻过程中加入氯化钙)制备的。
冷冻法水凝胶的成型机理是冷冻解冻过程中的聚乙烯醇物理结晶形成交联点,进而形成网络结构。
但是,由于冷冻法制得的聚乙烯醇水凝胶颗粒内部的结晶不够完善,从而在使用过程中导致聚乙烯醇水凝胶中的PV A 的溶出量较大,甚而导致废水处理的曝气池中产生大量泡沫。
这不仅使处理水的COD 数值增加,而且水凝胶的使用寿命会较大幅度地降低。
另外,含有氯化钙的水凝胶虽然聚乙烯醇的溶出较少,但是在使用过程中,钙离子不可避免地会和废水中的某些阴离子结合形成沉淀物,从而降低了废水的处理效率。
为了解决上面的问题,我们采用缩甲醛法研制了一种化学交联的聚乙烯醇水凝胶,并就甲醛、硫酸、硫酸钠的用量对水凝胶溶胀性能的影响进行了详细的研究。
1 实验部分1.1 样品聚乙烯醇(PVA ),1799,醇解度为99.8%,上海石油化工股份有限公司生产,使用前经过水洗,以除去可溶性杂质。
海藻酸钠(化学纯)、甲醛(分析纯)、硫酸(分析纯),硫酸钠(分析纯)等市售。
1.2 水凝胶的制备配制质量分数为5%～12%的PVA 和1%～5%的海藻酸钠混合溶液(A )和一定质量浓度的甲醛、硫酸和硫酸钠的混合溶液(B )。
直径为3mm 左右的A 溶液液滴以5mL /min 的速度滴入轻微搅拌状态下恒温30℃的B 溶液中。
水凝胶的溶胀机理
水凝胶是一种具有高吸水性能的高分子材料，其吸水性能的优秀性质主要归因于其独特的分子结构和化学组成。
水凝胶的溶胀机理涉及到许多因素，包括聚合物的分子结构、交联密度、分子间相互作用、溶液中的离子强度等。
水凝胶是疏水基团和亲水基团交替排列的聚合物网络结构，其中疏水基团主要由碳氢键组成，亲水基团主要由含氧和含氮的官能团组成。
水凝胶的网络结构可以通过化学或物理方式进行交联，其中化学交联主要通过化学反应在聚合物链中引入交联剂来实现，而物理交联主要依靠分子间的吸引力和排斥力来形成网络结构。
聚合物的分子结构对水凝胶的溶胀性能有着显著的影响。
聚合物的分子量和分子量分布越高，其分子链之间的相互作用力就越弱，从而导致水凝胶的溶胀性能越高。
当分子量达到一定程度时，网络结构变得更加松散，因此可以容纳更多的水分子。
聚合物的交联密度也是影响水凝胶的溶胀性能的一个关键因素。
互连密度越高，水凝胶的网络结构就越紧密，从而使其吸附水分子时更加困难。
相反，低密度的交联结构会使水凝胶更容易吸收水分子。
溶液中的离子强度也会影响水凝胶的溶胀性能。
离子在水凝胶中的浓度越高，就会破坏聚合物链之间的相互作用，从而减少水凝胶吸收水分子的能力。
因此，高离子强度的溶液会降低水凝胶的溶胀性能。
pH敏感P（MAA-co-BMA）水凝胶的溶胀行为∗杨珊【摘要】以甲基丙烯酸(MAA)和甲基丙烯酸丁酯(BMA)为共聚单体、N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、偶氮二异丁腈为引发剂,用溶液聚合法合成 P(MAA-co-BMA)水凝胶,研究其吸水溶胀性和pH敏感性。
结果表明,BMA 投料为摩尔分数5％的共聚水凝胶在211℃以下处于高弹态,其吸水溶胀比可达52；该凝胶烘干和冻干处理后的 pH 敏感性都很好,即平衡溶胀比随着 pH 增大而增大；而冻干凝胶因具有规律的大孔结构,在不同 pH 溶液中的平衡溶胀比差异更大。
%Thepoly(methacrylic acid-co-butyl methacrylate)[P(MAA-co-BMA)]hydrogels were syn-thesized by solution polymerization with methacrylic acid (MAA)and butyl methacrylate (BMA)as monomers,N,N-methylenebis acrylamide (BIS ) as crosslinking agent,and azobisisobutyronitrile (AIBN)as initiator.The swelling behaviors of hydrogels in water and different pH solutions were in-vestigated.The results showed that,the hydrogel with 5% BMA in feed ratio was in high elastic state below 21 1 ℃,and the swelling ratio in water can reach 52.Both the freeze-dried and the ovendried hy-drogels had good pH sensitivity,which means the equilibrium swelling ratio of them can increase with the pH increasing,and the equilibrium swelling ratio of freeze-dried hydrogel had more obvious differ-ence in differentpH solution as it has relative uniform macropores.【期刊名称】《化工科技》【年(卷),期】2017(025)001【总页数】4页(P28-31)【关键词】水凝胶;聚(甲基丙烯酸-甲基丙烯酸正丁酯);溶胀行为;pH响应性【作者】杨珊【作者单位】渭南师范学院化学与材料学院，陕西渭南 714099【正文语种】中文【中图分类】O648.17;TQ325.7水凝胶是一种适度交联的具有三维网络结构的功能高分子材料，它被应用于工业、农业、医药等领域，正是因为其具有的独特的吸水、保水和良好的生物相容性[1-3]。
高分子凝胶是由具有网状结构的聚合物和溶剂组成的。
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。
溶胀的大小可用溶胀度( swelling capacity )来衡量。
交联高聚物的溶胀过程实际上是两种相反趋势的平衡过程, 溶剂试图渗透到网络内部, 使体积溶胀导致三维分子网络的伸展,交联点之间的分子链的伸展降低了它的构象熵值, 分子网络的弹性收缩力, 力图使网络收缩。
当两种相反的倾向互相抵消时, 达到溶胀平衡。
高分子凝胶的溶胀特性与溶质和溶剂的性质、温度及网络交联结构有关。
温度敏性水凝胶是指能随环境温度变化发生体积突变现象的一类水凝胶。
这种凝胶具有一定比例的疏水和亲水基团，温度的变化可影响这些基团的疏水作用以及大分子链间的氢键作用，从而使凝胶结构改变，发生体积变化。
由于温度敏感性水凝胶的独特响应性，在药物可控释放、生物传感器、生物机械以及膜分离系统等方面有着极其重要的应用价值。
自20世纪80年代Tanaka 等报道了聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)水凝胶的温度敏感性后，水凝胶的温度敏感性受到了广泛的关注。
聚N- 异丙基丙烯酰胺凝胶属于低温溶解型温度敏感性水凝胶，它在较小
的温度范围内可表现出明显的亲水和疏水变化，从而表现出低温溶胀高温收缩的性能，其临界溶解温度下限在32℃左右。
Inomata ，Seker 以及Kim 等分别合成了N 取代基不同的聚N取代丙烯酰胺类水凝胶，较深入地探讨了这类水凝胶的温度敏感性机理。
Takei 等研究发现，当NIPAm与亲水单体共聚时，聚合物的临界溶解温度会升高; 与疏水单体共聚时，聚合物的临界溶解温度则下降。
国内对聚N 取代丙烯酰胺类水凝胶的温度敏感性也进行了一些研究。
张先正等以AAm与NIPAAm共聚合成了具有快速温度敏感的水凝胶，研究发现AAm的用量对凝胶临界溶解温度有着较大的影响。
王昌华等利用丙烯酸(3- 磺酸钾) 丙酯(SPAP) 与NIPAAm共聚，制备了P(NIPAAm-co-SPAP水) 凝胶，发现该凝胶的临界溶解温度在人体温度(37 ℃) 附近。
另外，一些研究还发现，有些水凝胶的溶胀比随温度的升高而增加，反之则降低，表现为热胀性，这类水凝胶称为高温溶解型温度敏感性水凝胶。
Hiroki 等合成的聚(N ，N-二甲基丙烯酰胺-co- 丙烯酰胺-co- 甲基丙烯酸丁酯)与聚丙烯酸的互穿网络水凝胶就具有这种温度响应特性。
当前合成出的温度敏感性水凝胶普遍存在强度较低的弱点。
这主要是由于温度敏感性水凝胶一般含有一定比例的疏水和亲水基团，凝胶内部容易出现相分离，使得凝胶在溶胀后内部出现裂纹而容易破碎。
温度敏感性水凝胶的这一弱点，在很大程度上限制了它在生物机械以及膜分离系统等领域的应用。
因此，如何在保证凝胶温度敏感性的前提下，制备出强度较高的水凝胶，是一个急需解决的问题。
在凝胶的众多增强方法中，互穿网络(IPN) 技术是一个很好的选择。
利用互穿网络技术合成出的水凝胶，既能保持原有各组分的特性，又能通过聚合物网络间的相互缠结而起到对凝胶的增强作用。
水凝胶的溶胀度除了受环境条件(温度、ｐＨ值)的影响以外,还受自身结构、介质的离子强度的影响。
同一条件下的交联密度越大,溶胀度越小;对于配比不同的水凝胶而言, 配比的影响取决于温度和选择交联剂用量的标准的用量。
凝胶消溶胀性能的测定
将在50 ℃下达到溶胀平衡的水凝胶准确称重然后迅速将凝胶放入60 ℃的去离子水中。
每隔一定时间将凝胶取出，擦干表面水份，称重。
凝胶含水率(WR) 可由下式进行计算。
其中，Wd代表干凝胶的质量; We 代表凝胶在50 ℃下达到溶胀平衡的质量; Wt 代表凝胶在60 ℃蒸馏水中消溶胀一定时间后的质量。
凝胶抗压缩强度的测定由于吸水后的凝胶的抗压缩力学性能与橡胶接近，因此用橡胶的压阻实验来表征凝胶的抗压缩强度。
将干凝胶放入去离子水中，控制吸水时间以得到溶胀度相同的凝胶，然后将凝胶放入密闭容器中，在30 ℃的环境下放置4 h，
使凝胶溶胀均匀，凝胶的溶胀度由Eq。
将凝胶切成10 mm×10 mm×10 mm 的正方体，在
CMT-6104 型万能力学测试仪上进行凝胶的橡胶压阻性能测试，压缩速度为1
mm/min，直至凝胶破裂。
凝胶的抗压缩强度(stress strength) 由以下公式计算:
其中F 为试样截面受到的力，S为试样的截面积。
敷料的功能与主要指标理想的敷料应具有如下功能[[33]: 防止水分与体液的损失; 覆盖及保护创面不受感染;
良好的生物相容性;透气，保湿性良好: 与创面有有较好的粘合力，不产生变形; 有足
够的机械强度支持细胞分化增生; 表面具有足够的细胞吸附能力，有利于细胞的薪附和
生长;能够促进上皮组织和肉芽的正常生长，促进伤口愈合，不留疤痕;材料来源充足，易于制作、加工等。
评价敷料性能的主要指标如下:
(1) 机械性能: 主要是抗张强度((tensil strength) 和人体舒适性(comfortablity) 。
前者反
映敷料抵抗外力破坏的能力; 后者体现敷料的柔顺性，反映敷料在外力作用下的变形特点。
(2) 细菌屏障作用: 理想的创面敷料应能对微生物侵入起到阻隔的作用，有效地保护创面，防止感染。
(3) 粘附性: 即敷料均匀、紧密地粘附在创面的能力，以撕脱力表示。
(4) 吸收容量: 即敷料吸收创面渗出液及有害物质的能力，吸收容量较大的敷
料能
够防止创面积液，减少细菌生长，从而促进愈合。
(5) 水蒸气透过率: 适当的水蒸气透过率可使创面保持一个理想的湿度环境，防止
积液的同时也能保持创面湿润，有利于促进愈合。
(6) 氧气通透性: 氧气能够提高成纤维细胞的活性，有利于上皮组织成份胶原
蛋白
的合成和表皮细胞的生长。
(7) 其他: 对于新开发的敷料应进行必要的毒性、抗原性及过敏性测试。
若敷料中加入了药物，需进行体外释药实验及探明其协同作用。
抗菌机理
抗菌剂是对霉菌、细菌等微生物高度敏感的化学物质，它能通过化学反应或物理作用杀死与其接触的微生物。
抗菌材料是指经过抗菌剂处理后具备了抗微生物性能的材料，在其使用过程中可以抑制对人类的正常生活和生产环境有害的微生物的生长和繁殖。
人体在正常的代谢过程中，不断产生酸性物质和碱性物质，也从食物中摄取酸性物质和碱性物质，酸性物质和碱性物质在人体内不断变化，但由于人体具有一定的酸碱平衡调节能力，所以正常情况下体内酸碱能保持相对平衡，这个平衡就是酸碱平衡，平衡范围为酸碱度(即pH 值)，平均为，呈弱碱性。
如果人体内的pH值经常低于，就称为酸性体质。
人体的正常pH值为，呈弱碱性，人体的免疫细胞最适宜的pH值条件就是。
在这个条件下，免疫细胞的战斗力最强，人体的免疫力功能最好，但是如果pH 值发生偏差造成下降，免疫细胞的活性将大幅度降低，免疫功能将随之减弱，而一些病毒和病菌却是在酸性条件下活性最强。
水凝胶的制备目前水凝胶的合成所采用的原料以液体和固体为主。
较常用的聚合方法有溶液法、反向悬浮法、反向乳液法和分散聚合法等。
引发方式除化学引发外，还有射线辐射引发、光引发、等离子体引发等，后几种引发方式由于未加化学引发剂，所制得的体系较为纯净。
溶液法
将单体溶于水中形成溶液，在适当的引发条件下引发反应，在一定温度下反应一定时间后，出料，得到凝胶状弹性体，经切碎、烘干、粉碎、筛分等工序即可得到产品。
溶液法具有实施方法简单、体系纯净、交联结构均匀且不存在有机溶剂的使用及回收问题等优点。
但溶液法还存在一些不足，如: 反应过程中粘度增大，反应热难以排出；单体浓度低，设备利用率低和生产能力低；体系含水量较大，产品的后处理工序所需能量大
反相悬浮法
反相悬浮法是以油类为分散介质，单体的水溶液为分散相，引发剂溶解在水相中进行聚合的一种聚合方法。
该体系一般包括单体、分散介质、分散剂、水溶性引发剂四个基本组成部分。
反相悬浮法具有反应散热快、控温比溶液法容易，产品分子量比溶液聚合高，杂质含量比乳液聚合产品低，以及所得粒状产品不需粉碎工序等特点。
该方法在
制备聚丙烯酸钠高吸水树脂中被广泛采用。
但反相悬浮法也存在一些不足，如较难获得稳定的反应体系，反应中容易结块、粘壁、所得产品不如溶液法纯净等，且存在有机溶剂的使用、回收及污染等问题。
反相乳液法
将分散介质（油相）加到反应器中，再加入一定量的乳化剂达到其临界胶束浓度，充分搅拌，使乳化剂溶解并搅拌均匀，加热到反应温度，然后将单体滴加到反应器中形成稳定的乳液，同时滴加引发剂引发反应。
一定时间后停止反应，破乳，得到含水量较低的浆料，经过一系列的后处理工序得到粉末状的产品。
反相乳液法具有聚合速率快，产物分子量高等特点，但也存在反相悬浮法存在的缺点。
在
实际应用中，用反相乳液聚合法制备高吸水树脂并不多见辐射引发聚合法所谓辐射引发聚合法即在高能射线照射下引发反应合成水凝胶的方法。
辐射引发聚合法无需引发剂，具有工艺简单、成本低、吸水倍率高等优点，逐渐成为一种引人注目的技术之一。
