高强度水凝胶的研究现状_王兰兰
高强度双网络水凝胶的增韧机理
高强度双网络水凝胶的增韧机理
P ＲO G ＲE S S
HE MIS T Ｒ
Y IN C
DOI ：10. 7536/PC131212
高强度双网络水凝胶的增韧机理
朱
琳
1
*
陈强
1＊＊
徐昆
2
(1．河南理工大学材料科学与工程学院材料重点实验室长春130022) 摘
焦作454000; 2．中国科学院长春应用化学研究所生态高分子
要双网络水凝胶（DN 凝胶）是由具有很强的结构非对称性的两种聚合物形成的特殊的聚合物互穿
DN 凝胶的机械强度和韧性都有惊人的提高，网络。相对于单一聚合物网络（SN 凝胶）而言，其拉伸断裂
23
·m －2。DN 凝应力和断裂应变分别能达到1 10MPa 和1000% 2000% 、韧性（撕裂能）可以达到10 10 J
胶性能的提高，主要是由强对称结构的第一重网络（刚而脆）与第二重网络（软而韧）相互缠结和互穿的 结果。对DN 凝胶断裂过程和增韧本质的理解是设计下一代具有理想机械性能的DN
凝胶的关键所在。
Thomas 断裂理论是没一些DN 凝胶表现出大的滞后、屈服、细颈和软化现象，而这些现象用经典的Lake-Brown 和Tanaka 等提出了“破坏区”有办法解释的。根据DN 凝胶的滞后和细颈等实验现象，理论来解释
DN 凝胶超乎寻常的高韧性。最近，龚剑萍等提出的“牺牲键”理论也已经很好地应用于设计和制备具有新型微纳米结构的高韧性DN 凝胶。本文着重阐释了DN 凝胶的增韧机理，总结了这一领域的最新研究成果，并讨论各种因素对凝胶韧性的影响，最后对DN
凝胶增韧机理存在的问题和研究方向进行了展望。关键词
高强度双网络水凝胶增韧机理
1032-07281X （2019）06-中图分类号：O631文献标识码：A 文章编号：1005-
快速_高强超吸水凝胶的研究_刘莲英
基金项目:国家自然科学基金重点项目(50433040)、北京化工大学青年教师科研基金(QN0404);
作者简介:刘莲英(1969-),女,湖北省麻城市人,博士,主要从事高分子化学合成研究;*通讯联系人。快速、高强超吸水凝胶的研究
刘莲英1,2,王 勤1,2,孙玉凤1,2,杨万泰1,2*
(11北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室;
21北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室,北京 100029)
摘要:概括介绍了一些在高吸水凝胶基础上提高凝胶吸水速率和膨胀凝胶强度的方法以及近年来的相关
研究状况,展望了制备吸液量大、吸液快且强度高的水凝胶的研究发展前景。
关键词:高吸水凝胶;吸水速率;凝胶强度
引言
水凝胶是一种具有交联网络结构、能吸收并保留大量水、但是不溶于水的亲水聚合物材料。一方面,
水凝胶在宏观上是固体,有一定形状;另一方面,水凝胶在分子级别上又具有溶液性质,可使水溶性分子
扩散进入。水凝胶结构的特殊性,使其广泛用于卫生、农业、园艺等领域[1~7]。近年来,水凝胶更是出现
了一些新的用途,如用于药物的可控载送与缓释、建筑和电缆的密封剂、钻井液填加剂、人工造雪以及水
果与花卉的储运、包装等[4~6]。
一般,高吸水凝胶应具有三个重要特点,即:
(1)高吸水能力(highabsorptioncapacity)或高膨胀能力(highswellingcapacity);
(2)高吸水速率(highabsorptionrate)或高膨胀速率(highswellingrate);
(3)膨胀态凝胶具有良好的机械强度(goodstrengthofswollengel)。
关于水凝胶,最基础、最广泛的研究是探讨各种反应参数对吸水能力的影响[6~8]。其中,交联剂对凝
胶的吸水能力影响很大,它决定了凝胶空间网络的大小。在保证凝胶不溶的前提下,达到最低程度交联
时的吸水倍率最大。但交联密度降低可导致膨胀凝胶强度降低,故调节交联剂对提高凝胶总体性能的程
高强度水凝胶的制备及其热致驱动性能
高强度水凝胶的制备及其热致驱动性能
刘伟;周鹏;李鹏飞;张文理;刘战合;阎泽恒
【期刊名称】《暨南大学学报:自然科学与医学版》
【年(卷),期】2022(43)5
【摘 要】目的:受含羞草叶片运动循环机制的启发,本研究成功制备了一种高强度双层热响应型水凝胶,可在水、油甚至露天环境中发生驱动行为。方法:该水凝胶以聚(丙烯酰胺-丙烯酸)/纤维素纳米纤维(PPAM-AA/CNF)为底层,以聚(N-异丙基丙烯酰胺)/纤维素纳米纤维(PNIPAM/CNF)为顶层,构建的双层双网络结构有助于提高水凝胶驱动器的力学性能和驱动灵敏度。结果:PAM-AA/CNF+PNIPAM/CNF水凝胶拉伸强度和断裂伸长率分别为(427.00±0.02)kPa和(403.05±9.30)%。在进一步使用Fe^(3+)交联后,PAM-AA/CNF/Fe^(3+)+PNIPAM/CNF拉伸强度为1.9 MPa,与生物组织性能相当,且能够以每秒8.21度的高弯曲速度快速提起相当于自身质量80倍的重物。结论:所制备的双层水凝胶具有优良的力学性能和驱动能力,为智能型双层水凝胶在生物医学领域中的应用提供了新的思路。
【总页数】10页(P555-564)
【作 者】刘伟;周鹏;李鹏飞;张文理;刘战合;阎泽恒
【作者单位】福建工程学院材料科学与工程学院;郑州航空工业管理学院智能工程学院
【正文语种】中 文
【中图分类】TB332 【相关文献】
1.聚乳酸-聚乙二醇热致复合水凝胶的制备及性能2.热致散射水凝胶的制备及调光性能研究3.高强度氧化石墨烯/高取代羟丙基纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的辐射制备及其机械性能4.高强度超拉伸全物理交联双网络水凝胶的制备与性能5.双交联高强度丝蛋白水凝胶的制备与生物学性能研究
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生物水凝胶的现状与展望
Ｈａｉｎａｎ Ｍｅｄ Ｊ，Ｓｅｐ．２０１５，Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．１７ 海南医学２０１５年９月第２６卷第１７期 ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００３—６３５０．２０１５．１７．０９３１ 生物水凝胶的现状与展望 王凤凤，郑根建，周岚 （海南医学院口腔医学院，海南海口 ５７００００） 综 述・
【摘要】生物水凝胶材料是一种具有潜力的医用材料，因其良好的生物相容性、双重响应性等特点被广泛 用作创面敷料、组织工程之架等。许多学者仍在不断的探索制备多重响应性的生物水凝胶。本文综述了近几年 来其在医学领域的研究热点、应用现状及最新发展。 【关键词】生物；水凝胶；医用材料；生物相容性；双重响应性 【中图分类号】Ｒ３ｌ８ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】 １００３－－６３５０（２０１５）１７—２５７５—Ｏ４ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ．ＷＡＮＧ ＿，ｅｒｉｇ，ＺＨＥＮＧ Ｇｅｎ－ｊｉａｎ，ＺＨＯＵ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＳｔｏｍａｔｏｌｏｇｙ，Ｈａｉｎａｎ Ｍｅｄ￣ａｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｉｋｏｕ ５７００００，Ｈａｉｎａｎ．ＣＨＩＮＡ 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ｈｙｄｒｏｇｅｌ ｉｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｍｅｄｉｃａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｔＩｌ ｇｒｅａｔ ｐｏｔｅｎｔｉａ１．Ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｇ０ｏｄ ｂｉｏ－ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｄｕａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ａｓ ｗｏｕｎｄ ｄｒｅｓｓｉｎｇｓ ａｎｄ ｔｉｓｓｕｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｃａｆｆｏｌｄｓ．Ｍａｎｙ ｒｅ— ｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｃｏｎｔｉｎｕｅ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐ ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ｈｙｄｒｏｇｅｌ ｗｉｍ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｔｈｉｓ ｒｅｖｉｅｗ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｒｅ— ｓｅａｒｃｈ ｆｏＣＵＳ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆｍｅｄｉｃｉｎｅ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ；Ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ；Ｍｅｄｉｃａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ；Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ；Ｄｕａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ 随着生物技术的飞速发展，一种具有生物活性的 组织工程材料水凝胶已广泛应用于生物医学、组织工 程等领域。水凝胶是一类具有三维交联网络结构，并 可以通过亲水性聚合物链构造，同时能被水溶胀却不 溶于水的高聚物与介质共同组成的多元体系。它在 水中吸收大量的水分，并能迅速溶胀，且溶胀之后也 基金项目：海南省自然科学基金（编号：８１２２００） 通讯作者：郑根建。Ｅ—ｍａｉｌ：ａｉｒｆｏｒｅｅｚｈｇｊ＠１６３．ｃｏｒｎ 能够继续保持水凝胶原有结构而不被溶解，能够对环 境的细微变化作出快速反应，同时其具有很优良的生 物相容性，在性质上又类似于细胞外基质部分，因此 比其他很多合成生物材料都要接近活体组织，本文将 主要介绍近几年生物水凝胶在医学生物领域中的研 究热点及其应用的最新进展。
水凝胶在口腔药物递送中的应用研究
水凝胶在口腔药物递送中的应用研究
水凝胶是一种具有优异生物相容性和可调控释药性能的材料，在药物递送领域具有广泛的应用前景。口腔黏膜作为药物给药的重要通道之一，其表面特性和生理环境对药物递送至关重要。因此，研究水凝胶在口腔药物递送中的应用具有重要的意义。
口腔药物递送是现代药物给药技术中的一个重要方向，通过口腔黏膜途径给药，可以绕过胃肠道消化吸收，避免首过效应和胃肠道刺激，提高药物生物利用度，降低用药剂量，同时减轻病人的不适感。传统的口服给药方式具有局限性，如口服药物需要经过胃肠道吸收，药物会受到胃酸的破坏，生物利用度较低，且药物给药量大。相比之下，口腔黏膜给药方式具有较高的生物利用度和药效，使得药物能够更快速地进入血液循环系统，发挥疗效。
水凝胶作为一种适用于口腔药物递送的材料，具有多种优良的特性。首先，水凝胶可以在口腔黏膜表面形成稳定膜状结构，有效延长药物在口腔黏膜上停留的时间，提高药物的吸收利用率。其次，水凝胶可以调控药物的释放速率和释放量，实现药物在口腔黏膜上的持续释放，达到长效治疗的目的。此外，水凝胶还具有良好的生物相容性和可控制释药性能，可以根据药物的性质和患者的需要进行调整，满足不同治疗需求。
口腔药物递送中，水凝胶还可以通过多种途径实现药物的递送，如口腔喷雾、口腔溶解片、口腔凝胶等。口腔喷雾是一种常见的口腔给药方式，药物通过喷雾器雾化成微粒状，直接喷洒在口腔黏膜上，便于吸收和利用。口腔溶解片是一种新型的口腔给药方式，通过将药物制成溶解片或片剂，患者可以在口腔内溶解或含化药物，方便服药而不需要水。口腔凝胶则是一种常用的口腔药物递送载体，通过把药物包裹在凝胶中，实现药物在口腔黏膜上的控制释放和吸收。
不同类型的水凝胶在口腔药物递送中具有不同的应用特点。例如，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）凝胶具有较好的黏附性和生物相容性，可用于口腔溶解片的制备；明胶凝胶具有较好的水溶性和生物降解性，可用于口腔凝胶的制备；聚甲基丙烯酸酯（PMAA）凝胶具有pH响应性和渗透调控性，可用于口腔喷雾的制备等。通过选择合适的水凝胶材料和适当的给药形式，可以实现口腔药物的有效递送和长效治疗。
混凝土中水凝胶的应用研究
混凝土中水凝胶的应用研究
一、背景介绍
混凝土是建筑工程中广泛使用的材料，但是传统的混凝土材料存在着一些问题，比如强度低、耐久性差、易开裂等。为了解决这些问题，研究人员开始探索添加不同类型的添加剂来改善混凝土的性能，其中水凝胶就是其中的一种。
水凝胶是一种高分子材料，它可以在水中形成凝胶状态，并且具有吸水膨胀性和保水性，在混凝土中应用可以改善混凝土的强度、耐久性和抗裂性能等。
二、水凝胶在混凝土中的应用
1. 提高混凝土的强度
水凝胶可以吸收混凝土中的一部分水分，形成凝胶状态，这样可以填充混凝土中的孔隙，提高混凝土的密实度和强度。同时，水凝胶还可以提供更多的胶凝材料，增强混凝土的粘结力，从而提高混凝土的强度。
2. 改善混凝土的耐久性
混凝土在长期使用过程中会受到各种环境因素的影响，比如气候变化、化学腐蚀、紫外线辐射等，这些因素会导致混凝土的老化和破坏。水凝胶可以吸收混凝土中的一部分水分，形成凝胶状态，从而减少混凝土中的孔隙，防止水分和有害物质的渗透，从而改善混凝土的耐久性。
3. 提高混凝土的抗裂性能
混凝土在制作和使用过程中容易出现开裂现象，这会影响混凝土的强度和美观度。水凝胶可以吸收混凝土中的一部分水分，形成凝胶状态，从而减少混凝土中的孔隙，提高混凝土的密实度和强度，从而提高混凝土的抗裂性能。
三、水凝胶在混凝土中的具体应用
1. 水泥混凝土中的应用
将水凝胶与水泥、骨料等原材料一起混合，制作成水泥混凝土，可以提高混凝土的强度和耐久性。具体操作步骤如下：
（1）将水凝胶与水混合，搅拌均匀，形成水凝胶溶液。
（2）将水泥、骨料等原材料和水凝胶溶液一起搅拌均匀，形成水泥混凝土。
2. 自密实混凝土中的应用
自密实混凝土是一种具有自密实性能的混凝土，它可以自动填充混凝土中的孔隙，从而减少混凝土中的孔隙率，提高混凝土的密实度和强度。水凝胶是一种重要的添加剂，可以提高自密实混凝土的密实度和强度。具体操作步骤如下：
水凝胶 吸附 advanced functional materials
水凝胶 吸附 advanced functional materials
1. 引言
1.1 概述
在当今世界中，水凝胶作为一种重要的材料，在各个领域中发挥着关键作用。它具有较强的吸附能力和可控的结构特性，使其成为先进功能材料研究领域的关注点。通过利用水凝胶的吸附性能，可以有效地去除污染物、调控生物体环境以及实现许多其他应用。
1.2 文章结构
本文将对水凝胶及其吸附机制进行介绍，并深入探讨基于水凝胶的先进功能材料研究现状及发展趋势。首先，我们将定义和分类水凝胶并分析其在吸附领域中的重要性。接下来，我们将详细介绍吸附原理与机制，包括物质交换机制、影响水凝胶吸附能力的因素以及常用的评价指标和测试方法。随后，我们将聚焦于基于水凝胶的先进功能材料的研究现状，并分别介绍其在环境污染治理和生物医学领域中的应用前景。最后，在结论部分，我们将总结主要研究内容，并对水凝胶吸附材料的发展前景及改进方向进行展望。
1.3 目的
本文旨在系统地介绍水凝胶及其吸附能力，在大家对这一领域有一个更全面、深入的认识。了解水凝胶的定义和分类，并揭示它在吸附领域中的重要性，可以帮助我们理解其广泛的应用前景。同时，深入研究吸附原理与机制，以及基于水凝胶的先进功能材料的现状和发展趋势，有助于推动相关技术在环境污染治理和生物医学领域中的应用。最后，通过本文的总结和展望，我们希望为进一步拓展水凝胶吸附材料研究提供参考，并为未来工作指明方向。
2. 水凝胶的定义与分类
2.1 水凝胶的概念和特点
水凝胶是由三维网络结构构成的高度吸水性聚合物材料。它具有出色的水吸附能力和保水性，能够在其内部捕获和固定大量的水分子。这种材料常见的特点是柔软、透明、可延展，并且具有良好的弹性恢复性。
2.2 水凝胶的分类与应用领域
根据不同制备方法和组分，水凝胶可以分为天然水凝胶和合成水凝胶两类。
天然水凝胶主要来源于动植物等自然材料，例如海藻酸盐凝胶、琼脂糖凝胶等。这些天然材料可以直接提取或经过简单加工即可制备成水凝胶，具有优良的生物相容性，在生物医学领域中得到广泛应用。
高强度水凝胶综述
- 1 - 高强度水凝胶综述
高强度水凝胶是一种具有较高吸水性和保水性的材料，广泛应用于农业、园林、建筑等领域。本文将对高强度水凝胶的制备方法、性能表征以及应用进行综述。
制备方法：
高强度水凝胶的制备方法主要有化学交联法、物理交联法和复合交联法三种。其中，化学交联法是目前最为常用的制备方法，将单体与交联剂在一定条件下进行反应，形成高分子网络结构。物理交联法则是通过高分子间的物理吸附作用形成网络结构，常见的物理交联剂有温度、pH值和离子等。复合交联法则是将化学交联法和物理交联法结合起来，以达到更好的性能。
性能表征：
高强度水凝胶的性能表征主要从吸水性、保水性、渗透性、稳定性、可溶性等方面进行考察。其中，吸水性和保水性是衡量高强度水凝胶性能的重要指标，吸水性指材料在一定时间内吸收水的重量与材料原始重量的比值，保水性指材料在一定时间内释放水的能力。
应用：
高强度水凝胶广泛应用于农业领域，可以增加土壤水分保持能力、提高作物产量。在园林绿化中，高强度水凝胶可以减少浇水次数，节省水资源。在建筑领域，高强度水凝胶可以用于防水材料、减震材料等。
结论： - 2 - 高强度水凝胶是一种具有广泛应用前景的材料，其制备方法、性能表征和应用领域已经得到逐步深入的研究。未来，还需要进一步探索其性能优化和环境友好型的发展方向。
高强度多功能磁性水凝胶的合成及其在修复类风湿性关节炎型软骨缺损中的应用
高强度多功能磁性水凝胶的合成及其在修复类风湿性关节炎型软骨缺损中的应用
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高强韧与响应型高分子水凝胶研究进展
高强韧与响应型高分子水凝胶研究进展
作为一种新型的高分子材料，在工业生产中高分子水凝胶逐渐取得了广泛的应用。高分子水凝胶的结构和性能与生物组织较为类似，它具有较高的安全性和生物相容性，因此被广泛的应用在医药工程、组织工程、创伤修复的领域，发展前景十分乐观。因此，人们要对于高分子水凝胶进行进一步的改进，研发具有高强韧性能和响应功能的水凝胶。本文查阅的各种资料，总结了在高分子水凝胶方面的一些重要研究结论，并根据它的合成方法与原理，介绍了几种典型的高分子水凝胶增强强韧性和响应性的方法，对于解决关键的科学问题有一定的帮助作用。
标签：高强韧性；高响应型；高分子水凝胶；组织工程
0 引言
高分子水凝胶是现阶段被广泛应用的一种高分子材料，具有强韧性和高响应性。从结构上来看，高分子水凝胶是含有大量水的三维聚合物网络，与生物组织类似，也是一种科学家现阶段重要研究的生物材料。它的响应原理是基于阴阳离子和两性离子单体的智能响应。高分子水凝胶的含水量以及其独特的生物相容特征使得其得到了很大程度的发展以及大范围的应用。与传统的水凝胶相比高分子水凝胶改善了结构不稳定的缺点，同时，避免了化学交联剂分散不均导致的易破碎情况出现。目前高分子水凝胶是水凝胶中应用最广泛的。
1 高分子水凝胶的设计思路
在当前对于高分子水凝胶的设计过程中，主要有以下几种思路：（1）通过有效改善交联点就可以有效降低由此导致的结构网的破损程度。（2）在水凝胶的结构中引入牺牲键，通过这个价键的锻炼来吸收能量，从而提高凝胶的强韧性。（3）纳米颗粒通过物理和化学变化承担巨型交联点的责任作用就可以使得聚合物呈现出三维网络状态。（4）价键和超分子的非价键作用和自我组装可以形成高分子网络，也就是能够形成高分子水凝胶。这些年来，科学家将这些想法汇合，进行不断的研究，来研发新型的高分子水凝胶材料，取得了一定的进展。
2 高分子水凝胶研究中存在的问题
（1）不论是人工合成的高分子水凝胶还是利用天然材料得到的高分子水凝胶，都很难达到生物组织原本的精巧的结构，在本质上与其有较大的差别，因此水凝胶的物理性能与生物功能很难达到生物组织的要求，因此在一定程度上限制了凝胶材料的应用。