水凝膠——21世紀最具有產業潛力的功能性膜材料

水(shui)(shui)(shui)凝(ning)膠(Hydrogel)是(shi)(shi)一種(zhong)發展迅(xun)速的新型功能(neng)高分析材料(liao)，是(shi)(shi)一種(zhong)具有高吸水(shui)(shui)(shui)性能(neng)的親水(shui)(shui)(shui)性材料(liao)，性質柔軟，能(neng)保(bao)持一定的形狀的同時吸收大量的水(shui)(shui)(shui)。在(zai)聚(ju)合物水(shui)(shui)(shui)凝(ning)膠的網(wang)絡結構中往往含(han)有親水(shui)(shui)(shui)基團或親水(shui)(shui)(shui)的鏈段，它(ta)們(men)在(zai)水(shui)(shui)(shui)環境中能(neng)夠與(yu)水(shui)(shui)(shui)結合，但是(shi)(shi)由(you)于交聯網(wang)絡的存在(zai)阻(zu)止了水(shui)(shui)(shui)凝(ning)膠在(zai)水(shui)(shui)(shui)中的溶解，使得其(qi)顯著的溶脹但卻不溶于水(shui)(shui)(shui)。

我們日常生(sheng)活中的許多物品都(dou)具有水(shui)(shui)(shui)凝膠(jiao)的特性，從(cong)軟(ruan)性隱形眼鏡(jing)、避孕(yun)套到一次(ci)性尿布。發膠(jiao)、牙膏和(he)植物水(shui)(shui)(shui)晶體都(dou)是用水(shui)(shui)(shui)凝膠(jiao)制成的。海(hai)藻酸(suan)鈉(na)水(shui)(shui)(shui)凝膠(jiao)與蘆薈結(jie)合的傷口敷料可以保持傷口濕潤(run)并(bing)促進細胞再(zai)生(sheng)。

水凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)根據水凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)網絡鍵(jian)合(he)不同(tong)，可分為(wei)物理(li)凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)和化(hua)(hua)學凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)。物理(li)凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)是(shi)(shi)通過(guo)物理(li)作用力(li)如靜電(dian)作用、氫鍵(jian)、鏈的(de)纏(chan)繞等形成(cheng)(cheng)的(de)，這種(zhong)凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)是(shi)(shi)非(fei)永(yong)(yong)久(jiu)性的(de)，通過(guo)加熱凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)可轉變為(wei)溶液，所以也被稱為(wei)假凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)或(huo)熱可逆凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)。許多天然高分子在(zai)常溫(wen)下呈穩定的(de)凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)態，如k2型角叉(cha)菜膠(jiao)(jiao)(jiao)、瓊脂等；在(zai)合(he)成(cheng)(cheng)聚合(he)物中，聚乙烯(xi)醇（PVA）是(shi)(shi)一典型的(de)例子，經過(guo)冰凍(dong)融化(hua)(hua)處理(li)，可得到在(zai)60℃以下穩定的(de)水凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)。化(hua)(hua)學凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)是(shi)(shi)由化(hua)(hua)學鍵(jian)交聯(lian)形成(cheng)(cheng)的(de)三維網絡聚合(he)物，是(shi)(shi)永(yong)(yong)久(jiu)性的(de)，又稱為(wei)真凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)。

作為一種(zhong)高(gao)吸(xi)水(shui)(shui)高(gao)保水(shui)(shui)材料，水(shui)(shui)凝(ning)膠被廣泛用(yong)于多(duo)種(zhong)領(ling)域，如：干旱地區的(de)抗旱，在化妝(zhuang)品(pin)中的(de)面膜(mo)、退熱貼、鎮痛貼、 農用(yong)薄膜(mo)、建筑中的(de)結露防止劑、調濕劑、石油(you)化工中的(de)堵水(shui)(shui)調劑，原油(you)或成品(pin)油(you)的(de)脫水(shui)(shui)，在礦業(ye)中的(de)抑塵(chen)劑，食品(pin)中的(de)保鮮(xian)劑、增稠劑，醫療(liao)中的(de)藥物載體等。因此與(yu)石墨(mo)烯一起被譽為21世紀最具有產業(ye)潛(qian)力(li)的(de)功能(neng)性膜(mo)材料。

在生(sheng)(sheng)物(wu)醫(yi)學方面，水(shui)凝膠具有(you)強大滲透力，被(bei)視為細(xi)胞的理想繁衍地，在生(sheng)(sheng)物(wu)醫(yi)學及組織(zhi)工程中具有(you)廣泛的應用(yong)(yong)。水(shui)凝膠材(cai)料可作為創(chuang)傷(shang)敷(fu)料直接用(yong)(yong)于(yu)與人體(ti)組織(zhi)接觸，防止體(ti)外微生(sheng)(sheng)物(wu)感(gan)染(ran)和體(ti)液損失，并能(neng)傳輸(shu)養份到(dao)傷(shang)口(kou)促進傷(shang)口(kou)愈合。目前水(shui)凝膠比較普遍的應用(yong)(yong)主(zhu)要是小兒退熱(re)貼。

在農業方(fang)面(mian)，水(shui)(shui)凝膠作(zuo)(zuo)為保(bao)(bao)水(shui)(shui)劑主(zhu)要(yao)應用(yong)(yong)在種子包衣、抗旱保(bao)(bao)水(shui)(shui)、化(hua)肥緩(huan)釋等(deng)方(fang)面(mian)。使用(yong)(yong)保(bao)(bao)水(shui)(shui)劑可(ke)以抑制土(tu)壤(rang)(rang)水(shui)(shui)分(fen)蒸發、提(ti)高土(tu)壤(rang)(rang)飽(bao)(bao)和含水(shui)(shui)量、降低(di)(di)土(tu)壤(rang)(rang)飽(bao)(bao)和導水(shui)(shui)率(lv)、降低(di)(di)土(tu)壤(rang)(rang)釋水(shui)(shui)率(lv)、提(ti)高葉片保(bao)(bao)水(shui)(shui)率(lv)等(deng)功效(xiao)。對土(tu)溫升(sheng)降有(you)緩(huan)沖作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，具有(you)良好的土(tu)壤(rang)(rang)保(bao)(bao)溫性，可(ke)利用(yong)(yong)吸收的水(shui)(shui)分(fen)保(bao)(bao)持部分(fen)白天(tian)光照的熱能，用(yong)(yong)以調節(jie)夜間溫度(du)，使晝夜溫差變幅減小(xiao)。因保(bao)(bao)水(shui)(shui)劑具有(you)吸持和保(bao)(bao)蓄水(shui)(shui)分(fen)的作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，故可(ke)在一定程度(du)上減少可(ke)溶性養分(fen)的淋溶損失(shi)，其(qi)與化(hua)肥、農藥混用(yong)(yong)可(ke)起到增效(xiao)緩(huan)釋的作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。