凝胶化学

第1章 绪论1

凝胶的定义1

凝胶的类型2

依据来源分类2

依据交联方式分类2

依据凝胶的交联结构及其尺寸分类3

依据凝胶尺寸分类4

依据介质类型分类5

凝胶的特性5

凝胶化学发展简史6

溶胶-凝胶转化理论的发展6

凝胶工业的发展与展望7

参考文献12

第2章 凝胶的制备方法、凝胶点和溶胀平衡14

凝胶的制备方法14

化学凝胶的制法14

物理凝胶的制备方法20

凝胶点与凝胶点测定方法24

凝胶点的定义与理论预测24

凝胶点的测定方法28

溶胀的基础理论和溶胀平衡36

溶胀的基础理论36

溶胀平衡41

体积相变42

溶胀速度理论46

凝胶网络的溶胀速度理论46

临界松弛和相分离51

速度理论的应用与实例51

参考文献54

第3章 凝胶的结构与结构解析方法57

凝胶结构57

静态结构58

动态结构67

测定凝胶结构的方法72

红外分光72

X射线和中子散射80

核磁共振88

显微镜101

参考文献117

第4章 凝胶的功能120

凝胶的特性与功能120

吸水性(吸湿性、保水性)121

高吸水性树脂121

面向卫生材料的高吸水化125

用于其他领域的吸水性树脂的高吸水化126

缓释性与DDS127

水凝胶在DDS中的应用127

高分子凝胶的溶胀和收缩行为128

3 凝胶溶胀变化和对药物释放的功效134

利用凝胶的结构变化控制药物释放139

吸附与分离性144

1 吸附性144

凝胶浓缩溶剂的特性和溶剂混合液通过凝胶膜分离的特性148

凝胶与生物物质的相互作用158

输送和渗透性（物质扩散性）168

物质在高分子凝胶中扩散的理论169

扩散系数的测定方法170

研究实例172

载性与吸油性179

固定化179

油凝胶化剂186

光学性质195

光透射性195

替代玻璃体的材料199

能量转换性203

化学力学高分子凝胶203

信息变换性215

电性能和形状记忆特性222

凝胶的电性能222

形状记忆性227

微凝胶的流变性和水凝胶的生物相容性232

微凝胶232

水凝胶的生物相容性236

参考文献244

第5章 凝胶的应用250

卫生用品250

纸尿布250

卫生巾255

生活日用品259

化妆品259

芳香除臭剂270

宠物用品273

一次性怀炉275

家庭废油处理剂277

食品包装278

食品保鲜用吸水片278

食品保鲜用的多功能包装材料283

用于食品运输的保冷剂285

食品加工用的接触除水片287

医药和医疗290

培养细胞的凝胶290

凝胶在整形外科中的应用292

软质隐形眼镜297

医疗用的吸收性水凝胶302

生物黏附性凝胶及其应用305

皮肤粘贴剂和抗炎症的软膏剂309

用凝胶控制药物释放311

医疗传感器316

活细胞封入水凝胶318

农业与园艺324

混合SAP的土壤特性324

在干燥地区应用SAP经营农业的例子329

土木建筑330

水溶胀橡胶330

防结露333

耐火材料337

化学工业340

凝胶作为分离介质的利用340

吸油性凝胶及其应用344

高吸水凝胶在油水分离方面的应用347

凝胶用作潜热蓄热材料348

电泳中的应用351

电子、电机工业355

通讯电缆355

电池361

传感器375

体育和娱乐产业386

凝胶在体育用品中的应用386

人造雪388

溶胶－凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中，然后经过水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过干燥和热处理制备出纳米粒子和所需要材料。

其最基本的反应是：

（1）水解反应：M(OR)n xH2O → M (OH) x (OR) n－x xROH

（2）聚合反应：－M－OH HO－M－ → －M－O－M－ H2O

－M－OR HO－M－ → －M－O－M－ ROH

从反应机理上认识，这两种反应均属于双分子亲核加成反应。亲核试剂的活性、金属烷氧化合物中配位基的性质、金属中心的配位扩张能力和金属原子的亲电性均对该反应的活性产生影响。配位不饱和性定义为金属氧化物总配位数与金属的氧化价态数的差值，它反映了金属中心的配位扩张能力 。

根据微凝胶分子内部交联密度的不同，微凝胶可以分为硬质微凝胶和软质微凝胶两类。交联密度越高，微凝胶硬度越高；反之，微凝胶越柔软，趋向于线型聚合物。根据分子内及表面有无反应性基团，微凝胶又可以分为反应性微凝胶和非反应性微凝胶两类，其中以反应性微凝胶的研究最为活跃，应用最为广泛。我国相关文献报道也是反应性微凝胶居多。反应性微凝胶常见活性基团有双键、羟基、羧基、氨基和环氧基等。

微凝胶（又称微胶）是一种正在发展的新型功能性聚合物，在改善漆膜流挂性和机械性能方面具有显著的优势，因此得到了越来越广泛的应用。早在1934年微凝胶就由Staudinger等人合成。Funke在微凝胶，特别是在反应性微凝胶方面做了大量理论和实验工作，用二乙烯基苯或乙二醇二甲基丙烯酸酯的多官能单体进行乳液聚合，制成活性微凝胶，并给出了微凝胶的定义。之后人们经过多年的探索与研究，对微凝胶及其在涂料中的功能和相互作用机理有了更深刻的认识，并把微凝胶的定义修正为凡凝胶颗粒大小在1~1000nm之间，具有分子内交联结构的颗粒都称为微凝胶。微凝胶的大小与高相对分子质量的线型聚合物相当，分子内是交联结构，与空间网状交联聚合物相似，有时其交联程度更高。