亲水性聚合物水溶液粘度的研究及其工业应用(4)
亲水性聚合物的水溶液和水凝胶在许多科学研究以及工业生产中都有着非常重要的应用,比如在食品工业、分离膜技术和药物缓释等其他各方面。在聚合物水体系中的研究中，研究人员在水的性质和作用方面已经研究了很多年。亲水性聚合物溶液中的水表现出来的性质与本体液相水具有明显的差异,尤其是爱热力学方面的性质,比如熔点、结晶温度等都有显著的降低。人们通过大量的实验来考察聚合物水溶液的混合体系,并且提出了一系列的理论来解释水的反常性质。目前，关于混合物中水的分类存在两种模型：间断模型和连续模型。在聚合物水溶液的体系之中,水通常以不同的物理状态存在,而与其相应的命名方法则取决于不同的实验方法。关于聚合物的水溶液体系中水的研究已经进行了几十年,在许多的文献中也给出了在不同状态下关于水的不同定义。人们通过各种不同种类的技术来研究聚合物中水的状态,例如差示扫描量热( DSC)、核磁共振(NMR)、拉曼光谱和介电松弛谱等。在聚合物存在的条件下,水的性质取决于水与聚合物的化学及物理方面的相互作用。人们通常把水溶性聚合物中的水分为三种状态。即非冷冻键合水、冷冻键合水和自由水。这些不同状态下的水的含量可以通过DSC测量得到。对于一个亲水聚合物而言, 吸收或者加入的水的总量可以从零到无穷,而其所对应水的性质则是从增塑剂到溶剂。自由水仅仅是包括了水和水的之间相互作用。其熔融与结晶的温度和熔融焓相等于本体水或者稍低于本体水。自由水意着这种水只是与其它的水分子形成氢键并且不受到聚合物的影响或者影响比较小。在不同的文献中还出现过其它的名字,比如非键合水、冷冻水等。是对于聚合物而言的相对自由。这部分水的水分子与周围的水分子之间通过氢键相互连接,并不是完全自由的。若是同时具有水与水之间的相互作用以及与聚合物与水之间相互作用，则该水就被称作冷冻键合水,相比于与水之间的作用，与聚合物水之间的作用力比较薄弱。冷冻键合水和聚合物基体的作用相对来说比较薄弱，他表现出比本体水明显低的熔融与结晶温度。在这种状态下，水的来源可以是不纯的水团簇,是小孔中受限的水分子或者是水分子与聚合物主链之间的相互作用。水与聚合物基体之间的相互作用是十分紧密相连的,而相比而言，此时水与水之间的相互作用就显得异常薄弱。通过测量热的方法来考察，发现无论是对于化学合成的聚合物、或者是蛋白质,都没有表现出固体与液体的相转变。冷冻键合水和非冷冻键合水两者被统称为键合水。键合水这个名字表示的是水在不同热力学状态下, 分子的运动受到限制,或者是由于水分子或者水分子和聚合物链之间的氢键扰动。不仅仅是在聚合物的水溶液之中,同时在很多生物体系之中，比如DNA 溶液中,也发现了两种不同类型的键合水, 一种是强键合水,另一种则是弱键合水。键合水的松弛强度不随着温度的改变而改变。但是有些研究人员认为，所谓的键合水仍然是运动的,并且在自由水和键合水之间没有明显的界限。