Простые вопросы и неопределенные ответы
Что такое гидрогели? Ответ, который гласит, что гидрогели это коллоидные гели, в которых средой является вода, не является удовлетворительным, и немедленно влечет за собой возникновение второго вопроса, 'А что такое гель?', а также третьего, 'Что такое коллоидный?'
На эти очень простые вопросы можно получить самые различные ответы, в большей или в меньшей степени научные или буквальные, и в большей или в меньшей степени неясные, уклончивые или двусмысленные. Проявим храбрость, и сформулируем некоторые положения, которые полностью открыты для дискуссии:
- Коллоиды или коллоидные системы, или коллоидные растворы, или коллоидные дисперсии представляют собой смеси среды и дисперсной фазы, разделенной на маленькие частицы, которые называются коллоидными частицами. К числу хорошо знакомых нам коллоидов относятся туман, гомогенизированное молоко... Хотя и не существует четко обозначенных границ размеров, обычно коллоидные частицы имеют размер порядка от 1 до 100 нм или даже 1000 нм. Если все частицы примерно одного размера, система называется монодисперсной; в обратном случае системы будут гетеродисперсными. Если же имеет место наличие частиц со многими размерами, система называется полидисперсной.
- Коллоидные гели представляют собой смесь среды и дисперсной фазы, которая, возможно, поглотила некоторую часть этой среды, что дало нам полутвердый материал, такой как желе, с определенным (обычно довольно небольшим) напряжением пластического течения и свойствами, промежуточными между свойствами раствора и свойствами тонкодисперсной суспензии.
- Гидрогели представляют собой коллоидные гели, средой которых является вода, а дисперсная фаза частично соединилась с водой с образованием желеобразного материала. В число знакомых нам гидрогелей входит крахмал. По своей сути гидрогели гидрофильны (т. е. любят воду) благодаря многочисленным полярным группам, или же иногда амфифильны (состоят из гидрофильных и липофильных структур, любящих воду и масла). Поглощение воды и его кинетика могут контролироваться за счет выбора химической структуры, степени сшивания и вспенивания. В зависимости от целевого конечного применения, поглощение воды может быть от десятых процента до увеличения объема в несколько сотен раз. Как и большинство полимеров, гидрогели можно вспенивать, что позволяет усилить поглощение влаги за счет капиллярности. Для определенного гидрогеля, разбухание и стабильность зависят от содержания ионов в воде.
- Коллоидным электролитом называют электролит, дающий ионы, из которых хотя бы один коллоидного размера. Таким образом, в данное понятие включаются коллоиды с ионной ассоциацией, а также полиэлектролиты.
- Полиэлектролит представляет собой макромолекулярное вещество, которое при растворении в воде или ином ионизирующем растворителе, распадается с образованием поликатионов или полианионов вместе с соответствующим количеством ионов с небольшим зарядом и противоположным знаком. Полиэлектролит может быть поликислотой (например, полиакриловой кислотой), полиоснованием, солевой формой полиэлектролита, полиэфиром (полиметилакрилат) или полиамфолитом. Некоторые специфические параметры коллоидных гелей
Обладая особой структурой, гидрогели, в результате, обладают и особыми свойствами. Например:
- Коллоидные частицы крупнее молекул, и коллоиды не просачиваются через полупроницаемую мембрану;
- Коллоидные частицы рассеивают свет, что известно как эффект Тиндаля;
- Коллоидные частицы находятся в постоянном движении, которое называется броуновское движение. Оно позволяет частицам оставаться в суспензии;
- Высокодисперсные коллоидные частицы имеют большую поверхность, способствующую высокому уровню поглощения. Этот параметр можно контролировать за счет ограниченного сшивания, что одновременно повышает и устойчивость геля к механическим воздействиям;
- В дисперсии или эмульсии какого-либо маслянистого или жирного химического вещества в водной среде, коллоиды могут создавать защитное покрытие вокруг дисперсной фазы, получающей стабильность эмульсии или дисперсии. Естественным примером является натуральный латекс.
- Коллоидные частицы в некоторой степени воздействуют на температуру кипения, температуру замерзания и т. д. раствора;
- Когда частицы коллоида поглощают ионы и получают электрический заряд, один и тот же для всех частиц (либо положительный, либо отрицательный), это создает эффект отталкивания. При применении электрического потенциала, заряженные частицы перемещаются к электродам с противоположными зарядами, этот процесс называется электрофорезом.
- Если заряды частиц нейтрализуются другим коллоидом или раствором с противоположным зарядом, нейтрализованные частицы притягиваются друг к другу, они коагулируются и выпадают в осадок из суспензии.
- Некоторые гели тиксотропны, являясь твердыми в расслабленном состоянии, и свободно текучими при воздействии напряжения, сдвига, встряхивания или прочего вмешательства. Тиксотропное поведение обратимо. В число наиболее распространенных тиксотропных гелей входят некоторые краски.
Эти специфические свойства и обусловливают основные применения гидрогелей. Почему следует использовать гидрофильные полимеры?
Существует несколько причин для использования гидрофильных полимеров на поверхности или в основном составе. На Рисунке 1 показаны некоторые общие способы на основе поглощения воды, возможно, на основе одного или нескольких специфических свойств, таких как, например, прозрачность и проницаемость для кислорода для мягких контактных линз, которые производятся из силиконовых гидрогелей, температура перехода в другой состояние для систем контролируемого введения лекарственных препаратов и умных материалов.
Некоторые применения гидрофильных полимеров.
Гидрофильные и... гидрофильные полимеры
Как можно видеть на приведенном графике 'Поглощение воды', товарные и конструкционные термопластические материалы поглощают мало воды, даже притом, что хорошо известные конструкционные пластмассы, такие как полиамиды или полиимиды, могут поглощать до нескольких процентов воды.
|
