丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的研究現(xiàn)狀

薛 丹，張浩田，董藝凡

(1.西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司蘇里格南作業(yè)分公司，陜西 西安 710018)

水凝膠是一種三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)狀高分子聚合物[1]，因分子鏈上有許多親水基團(tuán)，通過(guò)滲透壓即可將水吸入內(nèi)部而使體積發(fā)生變化，因而具有優(yōu)異的溶脹性能，且不會(huì)影響材料本身的固體形狀[2-3]。水凝膠除了高吸水和高保水性能之外[4]，低表面摩擦性、化學(xué)-機(jī)械行為、環(huán)境敏感性、小分子高滲透性等性能，也使其在生物醫(yī)藥化學(xué)、組織工程、油氣田化學(xué)、水凈化、食品工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[5-6]。然而分子內(nèi)部交聯(lián)密度的不均勻，使得天然水凝膠和傳統(tǒng)水凝膠存在機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性差、易脆等不足，這些缺陷限制了水凝膠在韌帶、肌腱和人體關(guān)節(jié)軟骨等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[7-8]。有研究者設(shè)計(jì)了許多增韌方案來(lái)制備高韌性和高強(qiáng)度的水凝膠，發(fā)現(xiàn)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠擁有近似的雙成分長(zhǎng)鏈纏繞的網(wǎng)絡(luò)，施加一定的壓力，可以使雙網(wǎng)絡(luò)發(fā)生相對(duì)的位移，從而迅速高效地減弱作用力，并在很大程度上提高力學(xué)性能，其中的丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠就受到了人們的青睞。

丙烯酰胺主要通過(guò)靜電作用、離子作用和氫鍵作用來(lái)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。丙烯酰胺中含有碳碳雙鍵和酰胺基，碳碳雙鍵使得丙烯酰胺可以生成高分子聚合物，在pH較低的環(huán)境下，酰胺基易形成-NH3＋，與其他物質(zhì)產(chǎn)生靜電作用；酰胺基具有較大的極性，可以與金屬離子發(fā)生離子作用，另外酰胺基間還擁有較強(qiáng)的氫鍵締合作用。丙烯酰胺的結(jié)構(gòu)賦予了其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)。

1 丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠

1.1 通過(guò)靜電作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)

通過(guò)靜電作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，是在網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)靜電吸引的離子間的物理作用，進(jìn)一步提高力學(xué)性能的一類水凝膠。丙烯酰胺和丙烯酸是其中的一大類，隨著更多物質(zhì)的加入，其力學(xué)性能也得到了相應(yīng)的提高，并在pH敏感性、形狀記憶和自愈合、離子吸附和導(dǎo)電性等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，吸引了越來(lái)越多的人展開(kāi)研究。

熊麗君等人[9]以丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AA)為單體，加入鋰藻土(Laponite)，以過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑，N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)為交聯(lián)劑，PAA通過(guò)靜電作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，生成了互穿PAM/PAA雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。產(chǎn)物的中和度為125%，拉伸強(qiáng)度為137kPa，力學(xué)性能好，有明顯的pH敏感性，也解決了帶有離子基團(tuán)的單體會(huì)使Laponite聚沉的問(wèn)題。Jing等人[10]在丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AA)的基礎(chǔ)上加入聚乙烯醇(PVA)，借助PVA和硼砂的絡(luò)合作用，生成了互穿PVA/P(AM-co-AA)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，拉伸強(qiáng)度提高到329.5 kPa，斷裂伸長(zhǎng)率為12.9 mm?mm-1，壓縮應(yīng)變?yōu)?0%，壓縮強(qiáng)度為11.4 MPa，自愈合效率和失重率分別為96.4%和74%。Zhu等人[11]通過(guò)加入聚乙二醇(PEG)和聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(PDAC)，增強(qiáng)了PDAC和PAA的靜電協(xié)同作用，生成了互穿PEG-PDAC/P(AM-co-AA)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。產(chǎn)物的拉伸強(qiáng)度為0.9MPa，韌性為3.8MJ?m-3。由于引進(jìn)了響應(yīng)單體，在氧化還原條件下AA和Fe3＋發(fā)生了絡(luò)合作用，從而制備了具有形狀記憶和高強(qiáng)度的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。

曾小平等人[12]在丙烯酰胺(AM)的基礎(chǔ)上加入鋰藻土(Laponite)和甲基丙烯酸(2-甲基氨基)乙酯(DMAEMA)，以過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑，MBA為交聯(lián)劑，PDMAEMA通過(guò)靜電作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，生成了互穿PAM/PDMAEMA雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。產(chǎn)物的拉伸強(qiáng)度為36~91.9kPa，pH=4時(shí)，平衡溶脹度立即減小，表現(xiàn)出明顯的pH敏感性。產(chǎn)物的力學(xué)性能、溫度敏感性和pH敏感性好，在智能水凝膠領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。Ge等人[13]在水凝膠的制備過(guò)程中加入氯化鋰(LiCl)和纖維素納米纖維(CNF)，LiCl和PAM通過(guò)靜電作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，2個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)氫鍵的協(xié)同作用，生成了含LiCl的互穿PAM/CNF雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。產(chǎn)物的拉伸強(qiáng)度為0.09~0.25MPa，有較好的耐凍保水能力，CNF和LiCl表現(xiàn)出較好的機(jī)械強(qiáng)度，可用于超級(jí)電容器，低溫下表現(xiàn)出穩(wěn)定的電化學(xué)性能和好的柔韌性。產(chǎn)物的力學(xué)性能有所提高，導(dǎo)電性、耐凍性和保水性好，在電子器件領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。宋傳捷等人[14]在制備水凝膠時(shí)加入了香蕉纖維素(Ce)和殼聚糖(Cs)，PAM通過(guò)靜電作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，2個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)氫鍵產(chǎn)生協(xié)同作用，通過(guò)“一鍋法”生成了互穿Ce-Cs/PAM雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。產(chǎn)物的壓縮應(yīng)變?yōu)?0%，壓縮強(qiáng)度為60MPa，pH=12時(shí)，平衡溶脹度為 15.34 mg?mg-1，Cu2＋濃度為 350mg?L-1；在pH=5.5、吸附時(shí)間為90min的條件下，最大吸附量為312.4 mg?g-1。天然高分子材料Cs和纖維素的結(jié)合，使得水凝膠的力學(xué)性能得到進(jìn)一步提高，殼聚糖中加入Ce，使得結(jié)構(gòu)更加緊密，可為重金屬離子的吸附提供新的思路。

1.2 通過(guò)離子作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)

通過(guò)離子作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，是在網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)形成離子鍵或配位鍵的離子或原子間的物理化學(xué)作用，進(jìn)一步提高力學(xué)性能的一類水凝膠。丙烯酰胺和海藻酸鹽是其中的一大類，隨著更多物質(zhì)的加入，其力學(xué)性能也得到相應(yīng)的提高，在人工組織、致動(dòng)器、自愈合和形狀記憶、發(fā)光等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，引起了眾多研究人員的興趣，并帶來(lái)了相關(guān)的研究熱潮。

李晗等人[15]以丙烯酰胺(AM)和海藻酸鹽(Alginate)為反應(yīng)物，α-酮戊二酸為引發(fā)劑，MBA為交聯(lián)劑，Alginate和Fe3＋通過(guò)離子作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，生成了互穿PAM/Alginate雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。產(chǎn)物含F(xiàn)e3＋，壓縮強(qiáng)度為126kPa，是初始模量的14倍，產(chǎn)物的力學(xué)性能好，在離子價(jià)數(shù)增大的情況下，Alginate和PAM/Alginate的摩擦應(yīng)力也隨之增大，摩擦行為從混合潤(rùn)濕轉(zhuǎn)變?yōu)檫吔鐫?rùn)滑。鄭航等人[16]同樣以丙烯酰胺(AM)和海藻酸鹽(Alginate)為反應(yīng)單體，不同的是以過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑，生成了互穿PAM/Alginate雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該含F(xiàn)e3＋的產(chǎn)物，拉伸強(qiáng)度為2.4MPa，斷裂伸縮率為2600%，壓縮強(qiáng)度為0.8MPa，韌性為44.8 MJ?m-3。該產(chǎn)物的力學(xué)性能有所提高，在組織工程和致動(dòng)器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。孫健翔等人[17]在丙烯酰胺(AM)和海藻酸鹽的基礎(chǔ)上引入了四甲基乙二胺(TEMED)，絡(luò)合的Ca2＋和海藻酸的古羅糖醛酸(G單元)通過(guò)離子作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，生成了互穿Alginate/PAM雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該含Ca2＋的水凝膠，壓縮應(yīng)變?yōu)?0%，壓縮強(qiáng)度為1.2 MPa，力學(xué)性能得到進(jìn)一步提高。Wang等人[18]在相同情況下，使Alginate和多價(jià)陽(yáng)離子通過(guò)離子作用構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)，采用“一鍋法”生成了互穿Alginate/PAM雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。含Ca2＋的水凝膠，壓縮強(qiáng)度為 5.28MPa，韌性為 635.01kJ?m-3；含 Fe3＋的水凝膠，壓縮強(qiáng)度為8.86MPa，韌性為1228.15 kJ?m-3。提高陽(yáng)離子濃度，壓縮強(qiáng)度也隨之提高，但陽(yáng)離子濃度過(guò)高，會(huì)因結(jié)構(gòu)缺陷而導(dǎo)致壓縮強(qiáng)度變差，高濃度交聯(lián)劑的壓縮強(qiáng)度比低濃度交聯(lián)劑好，這與普通的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠有所不同。合成的水凝膠的力學(xué)性能得到了一定程度的提高，離子作用和共價(jià)作用對(duì)壓縮性能產(chǎn)生了影響，材料在人工組織、軟機(jī)器人和結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

Fu等人[19]以丙烯酰胺(AM)、N-羧乙基殼聚糖(CEC)和二苯甲醛端基聚乙二醇(DBPEG)為反應(yīng)單體，以過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑，MBA為交聯(lián)劑，CEC和DBPEG通過(guò)離子作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，生成了互穿CEC-DBPEG/PAM雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該水凝膠的拉伸強(qiáng)度為460kPa，斷裂伸長(zhǎng)率為4600%，在35℃、堿性條件下，斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度分別提高了84.2%和93.2%，亞胺鍵的pH敏感性和CEC的金屬離子敏感性均得到了很好的保持。該水凝膠的力學(xué)性能好，具有自愈合性和形狀記憶能力，在組織支架、致動(dòng)器和可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。Li等人[20]通過(guò)巰基-邁克爾加成反應(yīng)，將發(fā)光稀土配合物接枝到甲基丙烯酸化的PVA上，AM和Ln(DPA)3通過(guò)離子作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，生成了互穿PVA/AM-Ln(DPA)3雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該水凝膠的壓縮強(qiáng)度為0.464MPa，有亮的發(fā)光和長(zhǎng)的壽命，力學(xué)性能有所提高，還可根據(jù)Ln的摩爾比調(diào)整發(fā)光顏色，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。

1.3 通過(guò)氫鍵作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)

通過(guò)氫鍵作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，是在網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)形成氫鍵的分子間的物理作用而進(jìn)一步提高力學(xué)性能的一類水凝膠，包括以丙烯酰胺和聚乙烯醇為主、以丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸為主、以丙烯酰胺和糖類為主等幾大類，隨著更多物質(zhì)的加入，水凝膠的力學(xué)性能也得到相應(yīng)的提高，在廢水吸附、自愈合、組織工程、材料和創(chuàng)面敷料等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

胡欠欠等人[21]以丙烯酰胺(AM)和聚乙烯醇(PVA)為反應(yīng)物，2-羥基 -4’-(2-羥乙氧基 )-2-甲基苯丙酮為引發(fā)劑，MBA為交聯(lián)劑，PVA通過(guò)氫鍵作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)“一鍋煮”、紫外輻射以及冷凍-解凍兩步聚合，生成了互穿PVA/PAM雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該水凝膠的拉伸強(qiáng)度為428kPa，壓縮強(qiáng)度為0.51MPa，力學(xué)性能好，有足夠的自愈合性。謝竺航等人[22]以氧化淀粉(OS)和甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨(DMC)為原料，以過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑，OS和PVA通過(guò)氫鍵作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，生成了互穿OS-PVA/P(DMC-AM)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。OS溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%，水凝膠的壓縮強(qiáng)度為2.01MPa，潤(rùn)脹度為 11.16g?g-1，用于吸附 25℃、pH=8、濃度為200mg?L-1的亞甲基藍(lán)溶液，480min時(shí)的吸附量最高，為602.6mg?g-1，經(jīng)5次吸附-脫附，亞甲基藍(lán)的去除率為94.8%，脫附率為74.2%。該OS水凝膠的力學(xué)性能有所提高，有低潤(rùn)脹度和好的吸附性能，在廢水和染料的吸附處理方面開(kāi)拓了新的方向。Kim等人[23]采用丙烯酸鈉鹽(AA)和PAM，在PVA的條件下交聯(lián)，通過(guò)酸處理和干燥得到了PVA/PAM，通過(guò)水解把PAM轉(zhuǎn)化成聚電解質(zhì)P(AM-co-AA)，PAM和PAA通過(guò)氫鍵作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，2個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)酯鍵和氫鍵的協(xié)同作用，生成了PVA/P(AM-co-AA)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該水凝膠的壓縮強(qiáng)度為10.12MPa，簡(jiǎn)單拉伸即可實(shí)現(xiàn)各向異性膨脹，可控制壓縮模量，同時(shí)力學(xué)性能有進(jìn)一步提高，彈性模量和溶脹性好，在擴(kuò)張器、人工軟骨、傳感器和執(zhí)行器領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

李婷等人[24]在丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的基礎(chǔ)上加入了蒙脫土(MMT)，以過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑，MBA為交聯(lián)劑，生成了互穿PAMPS/PAM/MMT雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該水凝膠的最大楊氏模量為24kPa，屈服強(qiáng)度為372kPa，最大壓縮模量為40kPa，壓縮強(qiáng)度為24.8MPa。MMT的加入使得水凝膠的孔徑變小，孔壁變厚，力學(xué)性能好。王露一等人[25]以聚環(huán)氧乙烷(PEO)為反應(yīng)物，α-酮戊二酸為引發(fā)劑，生成了互穿PAMPS/PAM雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該P(yáng)EO水凝膠的分子量為50000時(shí)，力學(xué)性能最好；PEO加入量為0.1%時(shí)，壓縮強(qiáng)度為31.6MPa。該水凝膠通過(guò)加強(qiáng)第一網(wǎng)絡(luò)，使得力學(xué)性能有所提高。黃池光等人[26]在反應(yīng)中加入埃洛石納米管(HNTs)，以過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑，生成了互穿PAMPS/PAM/HNTs雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。HNTs含量為0.5%時(shí)，水凝膠的壓縮應(yīng)變?yōu)?.98，壓縮強(qiáng)度為54MPa；HNTs含量為2%時(shí)，拉伸強(qiáng)度為0.65MPa，比純樣提高了2.5倍。HTNs的加入有利于孔徑變小，微觀雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更清晰。該水凝膠因含有天然納米管狀粒子HNTs，因此力學(xué)性能有進(jìn)一步提高，在陶瓷、醫(yī)藥、水處理等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，在材料領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

劉瑞雪等人[27]在丙烯酰胺(AM)和結(jié)冷膠(GG)的基礎(chǔ)上加入銀離子(Ag＋)，以過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑，MBA為交聯(lián)劑，采用“一鍋法”合成后，再放入硝酸銀溶液中，生成了互穿GG-Ag＋/PAM雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該水凝膠的壓縮強(qiáng)度為4.88~11.8MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為236%~320%，拉伸強(qiáng)度為0.1~0.26MPa，有優(yōu)良的抗菌性能。含多糖GG的水凝膠，力學(xué)性能和抗菌性能好，在生物工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。王彩霞等人[28]以丙烯酰胺(AM)和細(xì)菌纖維素(BC)為反應(yīng)物，生成了互穿BC/PAM雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該水凝膠的拉伸強(qiáng)度為1.75MPa，提高單體和交聯(lián)劑的濃度，溶脹性能和保水性能得到改善，BC有致密的結(jié)構(gòu)和高的熱穩(wěn)定性，含天然纖維素BC的水凝膠，其吸水能力、保水能力和機(jī)械強(qiáng)度好，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。鄧孫艷等人[29]在丙烯酰胺(AM)和白芨多糖(BSP)的基礎(chǔ)上，加入聚乙二醇、YmerN120、聚丙二醇和異佛爾酮二異氰酸酯等反應(yīng)物，以三乙醇胺為交聯(lián)劑，生成了聚氨酯(PU)，PU和BSP再通過(guò)氫鍵作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，生成了負(fù)載BSP的互穿PU/PAM雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該水凝膠的平衡溶脹率為256%，拉伸強(qiáng)度為1.9MPa，壓縮強(qiáng)度為22.7MPa，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌帶寬度，分別為4mm和3.5mm。BSP使得水凝膠的力學(xué)性能有所提高，在傷口愈合領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

李朝霞等人[30]在丙烯酰胺(AM)中加入N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)，以聚乙烯醇雙丙烯酸酯(PEGDAC)和聚己內(nèi)酯雙丙烯酸酯(PCLDAC)為交聯(lián)劑，PNIPAM通過(guò)氫鍵作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，生成了互穿P(NIPAM)/PAM雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。AAm含量低于單體NIPAm總量的5%時(shí)，水凝膠有優(yōu)異的溫度敏感性。該P(yáng)NIPAM的敏感性、力學(xué)性能、生物降解性和生物相容性好，在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。Wang等人[31]以聚乙二醇(PEG)、α-環(huán)糊精(α-CD)和脂質(zhì)體(liposome)為反應(yīng)物，過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑，MBA為交聯(lián)劑，PEG和α-CD通過(guò)氫鍵作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，生成了互穿PEG-α-CD/AM/liposome雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該水凝膠的壓縮強(qiáng)度為0.013MPa，可以實(shí)現(xiàn)藥物緩釋。改變組分的比例可調(diào)節(jié)力學(xué)性能，還有很好的抗菌性和相容性，因此在創(chuàng)面敷料領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。Fan等人[32]在反應(yīng)過(guò)程中加入明膠 (gelatin)、丙烯酸 (AA)和三價(jià)鐵離子 (Fe3＋)，gelatin通過(guò)氫鍵作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，PAM、PAA和Fe3＋通過(guò)離子作用構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，生成了互穿gelatin/PAMAAFe3＋雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該水凝膠的壓縮應(yīng)變?yōu)?0%，壓縮強(qiáng)度為18MPa，且溶脹行為可控，力學(xué)性能好，可通過(guò)離子作用對(duì)溶脹行為產(chǎn)生影響，因而在組織工程領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

2 水凝膠的應(yīng)用

隨著對(duì)水凝膠研究的深入，各種功能性的丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠(電場(chǎng)敏感、磁場(chǎng)敏感)不斷出現(xiàn)，丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠也慢慢應(yīng)用到工業(yè)和生物醫(yī)藥化學(xué)等領(lǐng)域中。

2.1 工業(yè)方面

工業(yè)上，丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠廣泛應(yīng)用在絮凝劑、物質(zhì)過(guò)濾、廢水處理、油水分離、密封材料、金屬離子富集等領(lǐng)域[33-34]。吸附是處理廢水中的有機(jī)染料的有效方法，操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、處理高效，主要有物理、化學(xué)和交換吸附三大類。水凝膠因含有許多對(duì)金屬有強(qiáng)吸附作用的基團(tuán)，包括氨基、羥基、羧基和酰胺基等，且具有高保水和高吸水的性能，對(duì)金屬的吸附也有促進(jìn)作用，因此，研究可持續(xù)、重復(fù)利用、溶脹度低、力學(xué)性能好、吸附能力強(qiáng)的水凝膠，成為了污染物吸附處理的研究熱點(diǎn)。

2.2 生物醫(yī)藥化學(xué)方面

在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠廣泛應(yīng)用在自愈合、形狀記憶、生物分子、器官移植、傷口敷料[35]、隱形眼鏡、細(xì)胞的固定化、牙齒修補(bǔ)材料等領(lǐng)域。水凝膠能控制及釋放藥物[36]，并可作為載體送入生物體內(nèi)，凝膠結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水介質(zhì)可以在滲透壓的作用下移動(dòng)小分子，為藥物保持活性提供了良好的環(huán)境[37-38]，并能緩慢地釋放藥物[39-40]。當(dāng)水凝膠被分解時(shí)，保存在水凝膠中的藥物漸漸地在生物體內(nèi)擴(kuò)散到相應(yīng)的靶位[41]，從而控制傳遞藥物和釋放藥物的時(shí)間[42-43]，達(dá)到治療的目的。藥物的藥效主要決定于水凝膠的分解速度[44-45]，藥物釋放的時(shí)間可以根據(jù)交聯(lián)度和水凝膠的化學(xué)組成來(lái)確定[46]。水凝膠直接接觸生物體組織時(shí)，可以預(yù)防微生物感染以及體液的缺失，因此對(duì)傷口的愈合有一定的作用。水凝膠還廣泛應(yīng)用在致動(dòng)器、組織工程和細(xì)胞包覆[47]等領(lǐng)域，在細(xì)胞治療學(xué)中，水凝膠能把細(xì)胞傳遞到生病的地方進(jìn)行治療，以修復(fù)損傷的生物體器官[48-49]。

3 展望

水凝膠的高吸水和高保水性能，以及獨(dú)特的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，使其具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和前景，吸引了更多的研究者對(duì)其進(jìn)行研究和探索。隨著雙網(wǎng)絡(luò)高強(qiáng)度水凝膠的不斷發(fā)展，它的力學(xué)性能逐漸得到提高，水凝膠的發(fā)展和應(yīng)用未來(lái)可期。