水凝膠——21世紀最具有產業潛力的功能性膜材料

水凝膠(jiao)(Hydrogel)是(shi)一種發展迅速的(de)(de)新型功能(neng)(neng)高(gao)分析(xi)材料，是(shi)一種具(ju)有高(gao)吸水性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)親水性(xing)材料，性(xing)質柔軟，能(neng)(neng)保持一定的(de)(de)形狀的(de)(de)同時吸收大量的(de)(de)水。在(zai)聚合物水凝膠(jiao)的(de)(de)網絡結(jie)構中往(wang)往(wang)含有親水基團(tuan)或親水的(de)(de)鏈段，它們在(zai)水環境中能(neng)(neng)夠與水結(jie)合，但(dan)是(shi)由(you)于(yu)交(jiao)聯網絡的(de)(de)存在(zai)阻止(zhi)了水凝膠(jiao)在(zai)水中的(de)(de)溶(rong)解(jie)，使得其顯(xian)著的(de)(de)溶(rong)脹但(dan)卻不溶(rong)于(yu)水。

我們日(ri)常生活中的許多物品都具有水凝膠的特性(xing)，從軟性(xing)隱形眼鏡(jing)、避孕套到一次性(xing)尿布。發(fa)膠、牙(ya)膏和植物水晶體都是用水凝膠制成的。海藻(zao)酸鈉水凝膠與(yu)蘆薈結合的傷(shang)口(kou)敷料可(ke)以保持傷(shang)口(kou)濕潤并促進細(xi)胞再生。

水凝(ning)膠(jiao)根(gen)據水凝(ning)膠(jiao)網絡鍵(jian)合不(bu)同，可(ke)(ke)(ke)分為(wei)物(wu)(wu)(wu)理凝(ning)膠(jiao)和(he)化(hua)學凝(ning)膠(jiao)。物(wu)(wu)(wu)理凝(ning)膠(jiao)是(shi)(shi)通過物(wu)(wu)(wu)理作用(yong)力如(ru)靜電作用(yong)、氫(qing)鍵(jian)、鏈的(de)(de)纏繞等(deng)形成的(de)(de)，這種凝(ning)膠(jiao)是(shi)(shi)非(fei)永久性(xing)的(de)(de)，通過加熱凝(ning)膠(jiao)可(ke)(ke)(ke)轉變為(wei)溶液(ye)，所以(yi)也被稱為(wei)假(jia)凝(ning)膠(jiao)或熱可(ke)(ke)(ke)逆凝(ning)膠(jiao)。許(xu)多天然(ran)高(gao)分子(zi)在常(chang)溫下(xia)呈穩定(ding)的(de)(de)凝(ning)膠(jiao)態，如(ru)k2型角(jiao)叉菜膠(jiao)、瓊脂等(deng)；在合成聚合物(wu)(wu)(wu)中，聚乙(yi)烯醇(chun)（PVA）是(shi)(shi)一典型的(de)(de)例子(zi)，經(jing)過冰(bing)凍(dong)融(rong)化(hua)處理，可(ke)(ke)(ke)得到(dao)在60℃以(yi)下(xia)穩定(ding)的(de)(de)水凝(ning)膠(jiao)。化(hua)學凝(ning)膠(jiao)是(shi)(shi)由化(hua)學鍵(jian)交聯形成的(de)(de)三維(wei)網絡聚合物(wu)(wu)(wu)，是(shi)(shi)永久性(xing)的(de)(de)，又稱為(wei)真凝(ning)膠(jiao)。

作為一(yi)種高吸(xi)水高保(bao)水材(cai)料，水凝(ning)膠被廣泛用(yong)于(yu)多種領域，如：干旱地區的(de)(de)(de)抗旱，在(zai)(zai)化妝品(pin)中(zhong)的(de)(de)(de)面(mian)膜、退熱貼、鎮痛(tong)貼、 農(nong)用(yong)薄膜、建筑中(zhong)的(de)(de)(de)結露防止劑(ji)(ji)、調濕劑(ji)(ji)、石油化工中(zhong)的(de)(de)(de)堵水調劑(ji)(ji)，原(yuan)油或(huo)成(cheng)品(pin)油的(de)(de)(de)脫水，在(zai)(zai)礦業中(zhong)的(de)(de)(de)抑塵劑(ji)(ji)，食(shi)品(pin)中(zhong)的(de)(de)(de)保(bao)鮮劑(ji)(ji)、增稠(chou)劑(ji)(ji)，醫療中(zhong)的(de)(de)(de)藥(yao)物載體(ti)等。因此(ci)與石墨烯一(yi)起被譽為21世紀最具有產業潛(qian)力的(de)(de)(de)功能(neng)性膜材(cai)料。

在(zai)生(sheng)物醫學方(fang)面，水凝(ning)膠具有強大滲透力，被視(shi)為(wei)細(xi)胞的理想(xiang)繁(fan)衍地，在(zai)生(sheng)物醫學及組織工(gong)程(cheng)中具有廣泛的應(ying)用(yong)。水凝(ning)膠材(cai)料可作為(wei)創傷敷料直接(jie)用(yong)于(yu)與(yu)人體(ti)組織接(jie)觸，防止體(ti)外(wai)微生(sheng)物感染和體(ti)液損(sun)失，并能傳輸養份到傷口(kou)促(cu)進傷口(kou)愈合。目前水凝(ning)膠比較普遍(bian)的應(ying)用(yong)主(zhu)要是小兒退熱貼。

在(zai)農業方面，水(shui)(shui)(shui)(shui)凝膠作(zuo)(zuo)為保水(shui)(shui)(shui)(shui)劑主(zhu)要(yao)應用(yong)(yong)在(zai)種子包衣、抗(kang)旱保水(shui)(shui)(shui)(shui)、化(hua)肥緩釋(shi)等方面。使(shi)用(yong)(yong)保水(shui)(shui)(shui)(shui)劑可(ke)(ke)(ke)以抑制土壤水(shui)(shui)(shui)(shui)分(fen)蒸發、提(ti)高土壤飽(bao)和含水(shui)(shui)(shui)(shui)量、降(jiang)低(di)土壤飽(bao)和導水(shui)(shui)(shui)(shui)率、降(jiang)低(di)土壤釋(shi)水(shui)(shui)(shui)(shui)率、提(ti)高葉(xie)片(pian)保水(shui)(shui)(shui)(shui)率等功效(xiao)。對土溫升降(jiang)有緩沖作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，具(ju)有良好的(de)(de)土壤保溫性(xing)，可(ke)(ke)(ke)利用(yong)(yong)吸(xi)收的(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)分(fen)保持(chi)部分(fen)白天光(guang)照的(de)(de)熱能，用(yong)(yong)以調節夜間溫度，使(shi)晝夜溫差變幅減小。因保水(shui)(shui)(shui)(shui)劑具(ju)有吸(xi)持(chi)和保蓄水(shui)(shui)(shui)(shui)分(fen)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，故(gu)可(ke)(ke)(ke)在(zai)一定程度上(shang)減少(shao)可(ke)(ke)(ke)溶性(xing)養分(fen)的(de)(de)淋溶損(sun)失，其與化(hua)肥、農藥混用(yong)(yong)可(ke)(ke)(ke)起到增效(xiao)緩釋(shi)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。