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水凝胶的基础知识与力学性能检验

2022.02.25   腾博tengbo168官网

      水凝胶作为高分子材料检测领域中的产品,凭借着良好的生物相容性、物化性能、高吸水性、高保水性等特质,正逐渐被组织工程、生物医药、软电子等行业开发应用,尤其是在生物医药材料方面,水凝胶作为药物载体、组织粘合剂、伤口辅料等得到了良好的应用。

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一、什么是水凝胶

       水凝胶是以水为分散介质的凝胶,是网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基,亲水残基与水分子结合,将水分子连接在网状内部,而疏水残基遇水膨胀的一种交联聚合物。作为一种具有三维高分子网络结构的材料,水凝胶性质柔软,但能保持一定的形状且能吸收大量的水。

二、水凝胶的应用和分类

       凭借着高吸水、高保水的材料特性,水凝胶被广泛用于多种领域,如干旱地区的抗旱,化妆品中的面膜,医学临床的退热贴、镇痛贴,建筑中的结露防止剂、调湿剂,石油化工中的堵水调剂、原油或成品油的脱水剂,矿业中的抑尘剂,食品中的保鲜剂、增稠剂,医疗中的药物载体,农业中的农用薄膜等。但值得注意的是,不同的应用领域应该选用不同的高分子原料以满足不同的应用需求,根据不同的分类标准,水凝胶可分为以下类型: 

1、网络键合

      根据网络键合的不同,水凝胶可分为物理凝胶和化学凝胶。物理凝胶是通过物理作用力,如静电作用、氢键、链的缠绕等形成的,这种凝胶是非永久性的,经过加热凝胶可转变为溶液,所以也被称为假凝胶或热可逆凝胶;而化学凝胶则是由化学键交联形成的三维网络聚合物,是永久性的,又称为真凝胶。

2、折叠大小形状

      根据大小形状的不同,水凝胶有宏观凝胶与微观凝胶(微球)之分,根据形状的不同,宏观凝胶又可分为柱状、多孔海绵状、纤维状、膜状、球状等;微观凝胶(微球)也有微米级及纳米级之分。

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3、外界刺激

      根据对外界刺激的响应情况,水凝胶可分为传统的水凝胶和环境敏感的水凝胶两大类。传统的水凝胶对环境的变化如温度或pH等的变化不敏感;而环境敏感的水凝胶则是一种自身能感知外界环境(如温度、pH、光、电、压力等)微小的变化或刺激,并能产生相应的物理结构和化学性质变化以至突变的一类高分子凝胶。

4、合成材料

      根据合成材料的不同,水凝胶又分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶。天然高分子水凝胶由于具有更好的生物相容性、对环境的敏感性以及丰富的来源和低廉的价格,正在引起越来越多的关注和应用,但同时天然高分子材料也具有稳定性较差,易降解等缺点。

三、水凝胶的力学性能检验

       水凝胶作为进入生物医药级别的材料,在设计和使用前必然要经过严格的性能评估检测,水凝胶的性能检验内容包含物理特性、生物特性、化学特性等,其中物理力学性能是水凝胶这样的高分子材料一项非常重要的性能指标。

       水凝胶的力学性能一般以弹性模量来表征。材料在弹性形变过程中,应力与应变之间的比例关系就是弹性模量,弹性模量是主要的力学表征参数,弹性模量越大,材料越不容易发生形变。目前测量水凝胶弹性模量的方法并不固定,主要有拉伸法、压缩法和压痕法等几类,可根据实际情况选择合适的试验方法。

       以拉伸法为例,拉伸法是在规定的实验温度、速度和湿度的条件下,利用电子万能试验机对样品施加沿纵轴方向的静态拉伸负荷,直至样品被拉断,在此过程中设备会自动生成样品形变的应力-应变曲线,通过应力-应变曲线可以得到拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力以及拉伸弹性模量等。

       腾博tengbo168官网微机控制电子万能试验机具有结构紧凑、简单易用等特点,可应用于拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离、撕裂等测力试验。主机中横梁采用高精度的导杆导向,具有很高的刚性和良好的线性运动特性。选配不同量程的载荷传感器可以为小到微米级的纤维,大到满载的结构件等试样提供精准的测量数据。此外,丰富的夹具工装、变形测量等附件,几乎可以满足客户所有需求。配套的灵活易用的TestPilot软件,使用户试验过程更加轻松。试验解决方案涵盖塑料、金属、汽车工业、建筑材料、纺织品、纸与纸板、食品和包装、复合材料等。

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微机控制电子万能试验机

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水凝胶拉伸测试与夹具

       除了力学性能以外,水凝胶的检测项目还有抗菌试验、细胞毒性试验、流变性检测、光学检测等,通过层层检测,可以帮助我们了解和反映产品的性能特点,为水凝胶在各个领域应用的生产、设计和使用提供技术支撑,进一步推进产品优化升级,促进水凝胶行业的健康可持续发展,而这也是腾博tengbo168官网作为材料力学性能测试解决方案供应商的使命和职责所在。

 



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