智能窗-学习笔记(二)

接着智能窗-学习笔记(一)继续学习。
Note: 本人是初学者,笔记中的相关知识都可讨论,交流。
回答问题:
1. 什么是水凝胶?
水凝胶可定义为在水中能够溶胀并保持大量水分而又不能溶解的交联聚合物。
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一 分类
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补充:
根据对外界刺激的响应情况不同:传统的水凝胶和环境敏感的水凝胶。
传统水凝胶:对环境的变化不敏感(如温度或PH等)。
环境敏感的水凝胶:是指自身能够感知外界环境(如温度,PH,光,电,压力等)微小的变化或刺激,并能产生相应的物理结构和化学性质变化甚至突变的一类高分子凝胶。
此类凝胶的突出特点:在对环境的响应过程中其溶胀行为有显著的变化(利用这种刺激响应特性可将其用做传感器,控释开关等)。

自己提问
8. 产生相应的物理结构和化学性质变化,是如何变化的(结果)?

水凝胶的制备
2.1 单体聚合并交联
合成水凝胶的单体有多种,可分为中性,酸性,碱性。
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水凝胶可以由一种或多种单体采用电离辐射、紫外照射或化学引发聚合并交联而得 。一 般来说, 在形成水凝胶过程中需要加入少量的交联剂。
2.2. 聚合交联
从聚合物出发制备水凝胶有物理交联和化学交联两种 。
物理交联:通过物理作用力如静电 作用 、离子相互作用 、氢键 、链的缠绕等形成。
化学交联:在聚合物水溶液中添加交联剂, 如在 PVA 水溶液中加入戊二醛可发生醇醛缩合反应从而使 PVA 交联成网络聚合物水凝胶。
从聚合物出发合成水凝胶的最好方法:辐射交联法。
辐射交联:指辐照聚合物使主链线性分 子之间通过化学键相连接。

采用辐射法合成水凝胶无须添加引发剂, 产物更纯净。

水凝胶的性质
3.1 溶胀-收缩行为(凝胶状态方程)
吸水溶胀是水凝胶的一个重要特征。
在溶胀过程中, 一方面水溶剂力图渗入高聚物内使 其体积膨胀, 另一方面由于交联聚合物体积膨胀, 导致网络分子链向三维空间伸展, 分子网络 受到应力产生弹性收缩能而使分子网络收缩 。当这两种相反的倾向相互抗衡时, 达到了溶胀 平衡, 可见凝胶的体积之所以溶胀或收缩是由于凝胶内部的溶液与其周围的溶液之间存在着 渗透压 π。
3.2 力学性能
研究水凝胶力学性能必须很好地掌握橡胶弹性及粘弹性理论, 橡胶弹性及粘弹性理论 基于链的取向和结构的回复与时间的关系, 前者不依赖于时间, 而后者与时间有关。

水凝胶性质影响因素
共聚单体的组成
交联密度的影响
合成条件的影响

应用
烧伤涂敷物( Hydrogel Dressing)
药物传输体系( DDS)
补齿材料
隐型眼镜
移植( implants)
生物分子、细胞的固定化

2. 什么温敏性水凝胶?
温敏性水凝胶属于环境敏感型水凝胶中的一类,其易受外界温度变化的刺激而其产生相应物理和化学性质变化的水凝胶。

一 特点
其结构中同时含有亲水性和疏水性基团。
当外界温度发生变化时,这些基团与水分子的分子内及分子间相互作用发生改变,从而影响水凝胶内的网络结构,使之产生体积相变。

部分材料水溶液随温度升高其溶解性降低,到特定温度后会产生相分离而浑浊,降低至该温度以下时,又重新变为澄清透明的溶液,此温度称为低临界溶解温度(LCST)
还有一部分聚合物在某一温度以上时才发生溶解,而在此温度以下,聚合物溶液发生相分离而沉淀,此温度则称为上临界溶解温度(UCST)。

LCST和UCST(也可理解为相变温度)是溶液在透明状态与不透明状态互变的重要参数。

(对智能窗-学习笔记(一)中问题6的回答)

二 补充
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[1]翟茂林,哈鸿飞.水凝胶的合成、性质及应用[J].大学化学,2001(05):22-27.
[2]王蕊,韩倩倩,王春仁.温度敏感性生物材料研究进展[J].中国药事,2019,33(10):1167-1173.

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