水凝膠——21世紀最具有產業潛力的功能性膜材料

水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)凝膠(Hydrogel)是一種(zhong)發展迅速的(de)(de)(de)新型(xing)功能高分析材料，是一種(zhong)具有(you)高吸(xi)(xi)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)性能的(de)(de)(de)親(qin)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)性材料，性質柔軟(ruan)，能保持一定的(de)(de)(de)形(xing)狀的(de)(de)(de)同時吸(xi)(xi)收大(da)量(liang)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)。在(zai)(zai)聚合(he)物水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)凝膠的(de)(de)(de)網絡結構中往往含有(you)親(qin)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)基團(tuan)或親(qin)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)鏈段(duan)，它們在(zai)(zai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)環境(jing)中能夠與水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)結合(he)，但(dan)是由于交聯網絡的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)阻止了(le)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)凝膠在(zai)(zai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)中的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解，使得其顯著的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)脹(zhang)但(dan)卻不溶(rong)(rong)于水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)。

我們日常(chang)生活中(zhong)的(de)許多物(wu)品都具(ju)有水(shui)(shui)凝膠的(de)特性，從軟性隱形眼鏡、避孕(yun)套(tao)到一次性尿布。發膠、牙膏(gao)和(he)植物(wu)水(shui)(shui)晶體都是用水(shui)(shui)凝膠制(zhi)成(cheng)的(de)。海藻酸鈉(na)水(shui)(shui)凝膠與蘆薈結(jie)合的(de)傷口敷料可以保持(chi)傷口濕潤并促進細胞再生。

水(shui)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)根(gen)據水(shui)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)網絡鍵合(he)不同，可(ke)(ke)(ke)分(fen)為物(wu)理凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)和化學(xue)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)。物(wu)理凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)是(shi)(shi)通(tong)過(guo)物(wu)理作(zuo)用(yong)力(li)如靜電(dian)作(zuo)用(yong)、氫鍵、鏈的(de)(de)纏繞等形(xing)成(cheng)的(de)(de)，這種凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)是(shi)(shi)非永(yong)久(jiu)性的(de)(de)，通(tong)過(guo)加(jia)熱(re)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)可(ke)(ke)(ke)轉變(bian)為溶(rong)液，所以(yi)也被(bei)稱為假凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)或熱(re)可(ke)(ke)(ke)逆(ni)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)。許多天然高分(fen)子在(zai)常(chang)溫下(xia)呈(cheng)穩定的(de)(de)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)態(tai)，如k2型(xing)角(jiao)叉菜膠(jiao)(jiao)、瓊脂等；在(zai)合(he)成(cheng)聚(ju)合(he)物(wu)中，聚(ju)乙(yi)烯醇（PVA）是(shi)(shi)一典型(xing)的(de)(de)例子，經過(guo)冰(bing)凍融(rong)化處理，可(ke)(ke)(ke)得到在(zai)60℃以(yi)下(xia)穩定的(de)(de)水(shui)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)。化學(xue)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)是(shi)(shi)由(you)化學(xue)鍵交聯形(xing)成(cheng)的(de)(de)三維網絡聚(ju)合(he)物(wu)，是(shi)(shi)永(yong)久(jiu)性的(de)(de)，又(you)稱為真凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)。

作(zuo)為一種(zhong)高吸水(shui)(shui)高保水(shui)(shui)材料(liao)，水(shui)(shui)凝膠被(bei)廣泛(fan)用于多(duo)種(zhong)領域，如(ru)：干旱地區的(de)(de)(de)(de)抗旱，在化(hua)(hua)妝品中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)面(mian)膜(mo)(mo)、退熱貼、鎮痛貼、 農(nong)用薄膜(mo)(mo)、建(jian)筑中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)結露防止劑、調濕劑、石油化(hua)(hua)工(gong)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)堵水(shui)(shui)調劑，原油或成品油的(de)(de)(de)(de)脫水(shui)(shui)，在礦業中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)抑(yi)塵劑，食品中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)保鮮劑、增稠劑，醫療中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)藥物載體等。因此與石墨烯一起被(bei)譽為21世紀最具有產業潛力(li)的(de)(de)(de)(de)功能(neng)性膜(mo)(mo)材料(liao)。

在(zai)生(sheng)物(wu)醫學(xue)方(fang)面，水(shui)凝(ning)膠具有(you)(you)強大(da)滲(shen)透力，被視為(wei)細胞的理想(xiang)繁(fan)衍地，在(zai)生(sheng)物(wu)醫學(xue)及(ji)組織(zhi)工程中具有(you)(you)廣泛的應用(yong)。水(shui)凝(ning)膠材料可作為(wei)創傷(shang)敷料直接(jie)用(yong)于與人(ren)體(ti)(ti)組織(zhi)接(jie)觸，防(fang)止體(ti)(ti)外微生(sheng)物(wu)感染和(he)體(ti)(ti)液損失，并能(neng)傳輸(shu)養(yang)份(fen)到傷(shang)口(kou)促進傷(shang)口(kou)愈合。目前水(shui)凝(ning)膠比較(jiao)普遍的應用(yong)主要是(shi)小兒(er)退熱貼。

在(zai)農業方面，水凝(ning)膠作(zuo)為保(bao)水劑(ji)主要應用(yong)(yong)在(zai)種子包衣、抗(kang)旱保(bao)水、化肥緩(huan)釋等方面。使(shi)用(yong)(yong)保(bao)水劑(ji)可以抑制(zhi)土(tu)(tu)壤水分(fen)蒸發(fa)、提高土(tu)(tu)壤飽(bao)和(he)含水量、降(jiang)低(di)土(tu)(tu)壤飽(bao)和(he)導(dao)水率、降(jiang)低(di)土(tu)(tu)壤釋水率、提高葉片保(bao)水率等功效。對土(tu)(tu)溫升降(jiang)有緩(huan)沖作(zuo)用(yong)(yong)，具有良(liang)好的(de)(de)(de)土(tu)(tu)壤保(bao)溫性(xing)，可利用(yong)(yong)吸收的(de)(de)(de)水分(fen)保(bao)持部分(fen)白天光照的(de)(de)(de)熱能，用(yong)(yong)以調節夜(ye)間溫度，使(shi)晝夜(ye)溫差(cha)變幅減(jian)小。因保(bao)水劑(ji)具有吸持和(he)保(bao)蓄(xu)水分(fen)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)，故可在(zai)一定程度上減(jian)少可溶(rong)性(xing)養分(fen)的(de)(de)(de)淋(lin)溶(rong)損失，其與化肥、農藥(yao)混用(yong)(yong)可起到增效緩(huan)釋的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)。