輻射改性水凝膠的應(yīng)用

姜燦++王升++陳思++杜紀(jì)富

摘 要：輻射改性水凝膠廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域，其原材料纖維素和殼聚糖是最豐富的天然有機(jī)物。改性后的水凝膠親水而不溶于水，具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有獨(dú)特的吸水性和良好的生物相容性。

關(guān)鍵詞：輻射交聯(lián)；水凝膠；輻照劑量；藥物緩釋

一、輻照改性的基本原理

輻照改性[1]技術(shù)是通過電子加速器或放射源產(chǎn)生的射線輻照物質(zhì)產(chǎn)生自由基，自由基在不同的鏈之間結(jié)合，形成高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，或輻照接枝相應(yīng)基團(tuán)改變殼聚糖的分子結(jié)構(gòu)及物理性能，從而改變水凝膠的交聯(lián)度、溶脹度和斷裂伸長率以及良好機(jī)械強(qiáng)等。比如，對高分子材料分別實(shí)現(xiàn)接枝、聚合、裂變或交聯(lián)。

輻射技術(shù)可用來聚合不飽和化合物，這意味著帶有乙烯基的水溶性高分子可以利用高能輻射轉(zhuǎn)換為水溶膠。水凝膠也可通過單官能的交聯(lián)劑經(jīng)由輻射誘導(dǎo)交聯(lián)聚合而得，而且輻射還能交聯(lián)不含有乙烯基的水溶性高分子。這是因?yàn)樵谳椛渫ㄟ^水溶性高分子的溶液時(shí)，誘使高分子鏈上的C-H鍵均裂形成自由基。另外，水在高能輻射下產(chǎn)生的羥基自由基會(huì)進(jìn)攻大分子鏈產(chǎn)生大分子自由基。大分子自由基在不同的鏈間結(jié)合最終導(dǎo)致鏈間形成共價(jià)鍵交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。由于大分子自由基能易被氧化，所以高能輻射交聯(lián)一般在惰性氣體（如氮?dú)?，氬氣）環(huán)境下反應(yīng)。

二、輻射交聯(lián)與化學(xué)交聯(lián)的比較

聚合物的交聯(lián)改性是開發(fā)新材料、新工藝獲取新功能的重要途徑，通常高分子聚合物的交聯(lián)改性，除輻射交聯(lián)方法外，還可以借助于交聯(lián)劑引發(fā)聚合物接枝或交聯(lián)反應(yīng)，但與輻射交聯(lián)比較，輻射法取代化學(xué)法對加工改性、產(chǎn)品質(zhì)量的保證更為有利。其原因是：（1）化學(xué)交聯(lián)需要添加交聯(lián)劑，雜質(zhì)對產(chǎn)品產(chǎn)生污染，輻照交聯(lián)產(chǎn)品純凈，且有輻照滅菌效果；（2）輻照交聯(lián)常溫即可發(fā)生，不需要加熱，輻照劑量決定交聯(lián)度，交聯(lián)主要發(fā)生在非晶區(qū)，具有良好的穩(wěn)定性；（3）輻照交聯(lián)加工與生產(chǎn)加工可分開進(jìn)行，不影響效果。

三、輻照實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題

（1）氣泡問題——實(shí)驗(yàn)制備過程中，通過真空抽濾等方法去掉氣泡。但經(jīng)過輻照后，凝膠樣品表面又產(chǎn)生許多氣泡，這些氣泡大大降低了凝膠的抗張程度、彈性。（2）交聯(lián)與降解問

題——輻照過程中，交聯(lián)與降解同時(shí)存在，達(dá)到一定輻照劑量時(shí)交聯(lián)占主導(dǎo)地位。（3）輻照環(huán)境——輻照室內(nèi)的氧氣對交聯(lián)的影響很大，一般應(yīng)在充氮?dú)獾臈l件下進(jìn)行輻照。

交聯(lián)度很低的聚合物主要是線性分子，還沒有形成一定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。要使交聯(lián)度足夠大，形成具有足夠機(jī)械強(qiáng)度水凝膠，必須把劑量提高。如果加入少量的交聯(lián)劑，則較小的輻照劑量即可達(dá)到同樣機(jī)械強(qiáng)度的效果，但交聯(lián)劑含量不宜過高，否則制成的水凝膠因太脆而不適用。

四、展望

水凝膠作為一種高吸水高保水材料，可用于干旱地區(qū)的抗旱，農(nóng)用薄膜、建筑中的結(jié)露防止劑、調(diào)濕劑、石油化工中的堵水調(diào)劑，原油或成品油的脫水，在礦業(yè)中的抑塵劑，食品中的保鮮劑、增稠劑，尤其是醫(yī)療中作為藥物載體、人工軟骨修復(fù)材料等等。關(guān)節(jié)軟骨損傷是導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛的一種普遍的損傷形式，是臨床骨科常見的疾病，長期以來人們一直在尋找和研制理想的軟骨修復(fù)材料。聚乙烯醇（PVA）水凝膠除了具備一般水凝膠的性能外，特別具有毒性低、機(jī)械性能優(yōu)良、含水量高和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常有前途的人工軟骨修復(fù)材料。

此外，智能型水凝膠是一類對外界刺激能產(chǎn)生敏感響應(yīng)的水凝膠。根據(jù)外界刺激的響應(yīng)情況可分為：溫度響應(yīng)性、PH響應(yīng)性、光響應(yīng)性、磁場響應(yīng)性、壓力響應(yīng)性、生物分子響應(yīng)性、電場響應(yīng)性水凝膠等。這類材料廣泛應(yīng)用于分子器件，調(diào)光材料，生物醫(yī)學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域。

傳統(tǒng)水凝膠機(jī)械性能很差，極大地限制了其在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此近年來，人們在如何提高水凝膠機(jī)械強(qiáng)度等方面做了大量的工作。而化學(xué)交聯(lián)水凝膠雖然能達(dá)到一定的溶脹度、機(jī)械強(qiáng)度，但因?yàn)槠涮砑恿私宦?lián)劑等化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生了雜質(zhì)，甚至微毒性，而限制了其在醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

采用輻射交聯(lián)技術(shù)，可以制備具有適度交聯(lián)度、溶脹度和斷裂伸長率以及良好機(jī)械強(qiáng)度的水凝膠，可用于面膜、多功能新型敷料、外用藥物給藥系統(tǒng)等，為病患者減輕疼痛甚至挽回生命，創(chuàng)造巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。輻照改性后的水凝膠具有新穎獨(dú)特的理化性能，有望在環(huán)境保護(hù)、催化、分析、藥物緩釋等領(lǐng)域中發(fā)揮廣泛的用途。

參考文獻(xiàn)：

[1] 石凌飛，楊旭，朱晨瑜等.輻照改性對超高分子量聚乙烯防彈性能影響的研究[J].中國個(gè)體防護(hù)裝備，2015，（2）：8-14.DOI：10.16102/j.cnki.cppe.2015.02.002.